acionamento_de_maquinas_e_motores

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Acionamento de
 M€quinas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APRESENTAÇÃO 
 
 
 
Este material didático foi concebido para fornecer informações sobre as principais 
formas de Acionamentos de Máquinas elétricas, suas aplicações e as principais 
interferências nos sistemas elétricos. 
 
 Está ferramenta é vastamente utilizada pelas indústrias de processos contínuo como 
elemento auxiliar de malhas de controle e pelas indústrias de processos discreto como 
componente interno de equipamentos utilizados no chão de fábrica, tais como: robôs, 
máquinas de comando numéricos computadorizadas(CNC), etc.. 
 
Neste trabalho, preocupamo-nos em fornecer informações dos principais tópicos 
relacionados com a área de Máquinas Elétricas de Corrente Contínua e Alternados 
abordando detalhes no que diz respeito ao seu funcionamento, suas características 
construtivas e seus modos de acionamento, desde os convencionais até os estáticos 
que nos dias atuais é muito encontrado no ambiente industrial. 
 
Esperamos que haja o maior aproveitamento possível deste material didático. 
 
 
 
 
 
 
 
 
APRESENTAÇÃO 
 
 
 
Este material didático foi concebido para fornecer informações sobre as principais 
formas de Acionamentos de Máquinas elétricas, suas aplicações e as principais 
interferências nos sistemas elétricos. 
 
 Está ferramenta é vastamente utilizada pelas indústrias de processos contínuo como 
elemento auxiliar de malhas de controle e pelas indústrias de processos discreto como 
componente interno de equipamentos utilizados no chão de fábrica, tais como: robôs, 
máquinas de comando numéricos computadorizadas(CNC), etc.. 
 
Neste trabalho, preocupamo-nos em fornecer informações dos principais tópicos 
relacionados com a área de Máquinas Elétricas de Corrente Contínua e Alternados 
abordando detalhes no que diz respeito ao seu funcionamento, suas características 
construtivas e seus modos de acionamento, desde os convencionais até os estáticos 
que nos dias atuais é muito encontrado no ambiente industrial. 
 
Esperamos que haja o maior aproveitamento possível deste material didático. 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
 
1 MOTORES DC E AC ............................................................................................................................................9 
1.2 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA (D.C.)...........................................................................................10 
1.3 MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA (AC) .........................................................................................22 
2 COMPONENTES ESTÁTICOS...........................................................................................................................33 
2.1 O DIODO ..........................................................................................................................................................33 
2.2 O TIRISTOR – SCR (RETIFICADOR CONTROLADO DE SILÍCIO) ..........................................................34 
2.3 O TRIAC ...........................................................................................................................................................37 
2.4 O TRANSISTOR DE POTÊNCIA....................................................................................................................38 
3 SOFT-STARTER ...................................................................................................................................................40 
3.1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................................40 
3.2 FUNCIONAMENTO...............................................................................................................................................41 
2.3 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS E FUNÇÕES ...........................................................................................................43 
4 INVERSOR DE FREQUÊNCIA...........................................................................................................................51 
4.1 INTRODUÇÃO......................................................................................................................................................51 
4.2 INVERSOR DE FONTE DE CORRENTE.......................................................................................................59 
4.3 MÉTODOS DE CONTROLE DOS INVERSORES DE FREQÜÊNCIA DO TIPO PWM .........................................................62 
CONTROLE ESCALAR..................................................................................................................................................62 
CONTROLE VETORIAL ................................................................................................................................................62 
4.3 CARACTERÍSTICAS DOS MOTORES DE INDUÇÃO ACIONADOS COM INVERSORES DE FREQÜÊNCIA ........................66 
BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................................................68 
 
 
 
 
1 MOTORES DC E AC 
Os motores elétricos são máquinas que transformam energia elétrica em energia mecânica. As 
aplicações desse tipo de máquina são quase que ilimitadas: bombas, ventiladores, compressores, 
talhas, guindastes, etc. As principais peças (componentes básicos) de qualquer tipo de motor são: 
 
ESTATOR 
Formado por três elementos: carcaça (estrutura suporte das peças estatóricas), núcleo 
(constituído de chapas magnéticas fixas à carcaça, feitas de silício, bom condutor magnético) e 
enrolamento (feito geralmente de fios de cobre esmaltado). 
 
ROTOR 
Formado também por três elementos básicos: eixo (responsável pela transmissão da potência 
mecânica produzida no motor), núcleo (constituído de chapas magnéticas semelhantes às placas 
do estator) e enrolamento (nem sempre presente em todos os rotores, feitos de fios de cobre 
esmaltado). 
As figuras abaixo respectivamente nos mostram o rotor e o estator de um motor de corrente 
alternada; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura - Rotor do motor A.C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura - Estator do motor A.C. 
O princípio de funcionamento dos motores elétricos baseia-se na propriedade de atração e 
repulsão de um campo eletromagnético. Em qualquer motor a corrente elétrica que passa pelo 
 
 10 
enrolamento do estator produz um campo eletromagnético (semelhante ao campo magnético de 
um ímã) que é utilizado para movimentar o rotor e conseqüentemente a carga acoplada ao seu 
eixo. 
Em instalações industriais, podemos encontrar motores alimentados por circuitos de corrente 
alternada (motores A.C) ou circuitos de corrente contínua ( motores D.C. ). Os tipos mais 
comuns de motores elétricos são: 
 
1.2 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA (D.C.) 
Os motores de corrente contínua são motores de custo elevado de compra e manutenção e são 
alimentados por fontes de corrente contínua. Esse tipo de motor é bastante utilizado em 
aplicações onde haja a necessidade de controle de velocidade, por permitirem um controle 
preciso e ajustável numa faixa larga de valores. 
As ilustrações abaixo, respectivamente, mostram o rotor (armadura) e o estator (campo) um 
motor de corrente contínua :Figura - Armadura do motor D.C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura – Estator do motor D.C 
CARACTERÍSTICAS DE CAMPO 
 "Campo magnético estacionário, produzindo um fluxo constante no espaço. O rotor contém 
os condutores que transportam corrente e sobre os quais reage o campo magnético para produzir 
o conjugado eletromagnético". 
 
 11 
 O campo magnético estacionário é produzido pela (s) bobina (s) de campo que ficam no 
estator (parte fina) do motor. Nos motores Shunts este campo é produzido pela bobina shunt, já 
nos motores série pela bobina série. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura – Motor D.C. elementar 
 
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS DAS MÁQUINAS D.C 
Fisicamente, o motor D.C. é idêntico ao gerador D.C.. Na verdade, a mesma máquina pode ser 
usada intercambiavelmente como motor ou gerador. Quando a máquina é usada como gerador, o 
conjugado magnético é desenvolvido pelos condutores de armadura, opondo-se ao conjugado de 
propulsão do motor primário. Quando a máquina é usada como motor o conjugado magnético 
desenvolvido é contrariado pelo conjugado da carga mecânica, impulsionada pelo motor. Como 
motor, a máquina tire vantagem do conjugado magnético desenvolvido e sua saída pode ser 
considerada como sendo conjugado e velocidade. 
O rotor consiste de: 
 
1. Eixo da armadura - imprime rotação à armadura, enrolamentos e comutador conectado ao 
eixo. 
2. Núcleo da armadura - construído de lâminas de aço a fim de prover uma baixa relutância 
entre os Pólos. O núcleo contém ranhuras axiais na sua periferia. 
3. Enrolamento da armadura - constituído de bobinas, isoladas entre si e do núcleo. Os 
terminais das bobinas são eletricamente ligados ao comutador. 
4. Comutador - O qual providencia o chaveamento para o processo de comutação. O 
comutador consiste de segmentos de cobre isolados entre si e do eixo. 
 O rotor das máquinas D.C. têm as seguintes funções: 
 (1) Permite rotação para ação geradora ou ação motora; 
 (2) Produz a ação de chaveamento necessária para comutação; 
 (3) Contém os condutores que produzem o torque eletromagnético; 
 (4) Propicia uma faixa de baixa relutância para o fluxo. 
 
 O estator da máquina D.C. consiste de: 
 Daqui deduz que Tm fica: 
 
 12 
 1 - Carcaça - Estrutura de aço, ferro fundido ou laminado que serve não só para suporte do 
rotor como também providencia uma faixa de retorno do fluxo do circuito magnético 
criado pelos enrolamentos de campo. 
 2 - Enrolamentos de campo - Consiste de espiras cujos Amperes-Espiras (Ae) produzem 
força magnetomotriz que geram f.e.m ou uma força mecânica. 
 3 - Pólos - Constituído de ferro laminado aparafusados e na sua extremidade é formada uma 
sapata afim de distribuir o fluxo uniformemente. 
 4 - Interpólos - Estão localizadas na região interpolar, entre os pólos principais. É ligado em 
série com o circuito de armadura de modo que a f.e.m produzida pelo mesmo seja 
proporcional à corrente de armadura. 
 
 
 
 - CARACTERÍSTICAS DE REGIME DOS MOTORES D.C. 
 
 - Momento eletromagnético (Torque) 
 
Para um motor sob tensão V, corrente de armadura Ia e uma rotação N, em cada condutor de 
comprimento l', percorrido pela corrente ia e sujeito a um campo Bx, constante ao longo desse 
condutor, surgirá uma força eletromagnética de interação Fx dada por; 
Fx = Bx.l'.ia 
com o mesmo sentido que N. 
 
No eixo do motor cria-se, então, um momento dado por; 
Tm fx Da=
2
 
Tm Bx l ia Da= . ' .
2
 
ia Ia
a
=
φKIaTm = 
Veja, portanto, que o torque eletromagnético produzido no rotor do motor é função da corrente 
de armadura (corrente que percorre os condutores do rotor) e o campo no qual está inserido este 
rotor. 
 
 - FORÇA CONTRA-ELETROMOTRIZ OU TENSÃO GERADA NO MOTOR 
 Ia 
 + 
 
 
 
 
 V εc 
 - 
 
 _ 
 
Figura – Motor D.C. 
 
 
 13 
Nos motores de corrente contínua a armadura em movimento, é percorrida por uma corrente (Ia) 
e ao mesmo tempo está no interior de um campo magnético de densidade B, produzido pelo 
enrolamento de campo. Nessa armadura será induzida uma F.e.m ( força eletromotriz ), cujo 
efeito produzido por esta, será oposto ao da corrente Ia (Lei de Lenz) e conseqüentemente à 
tensão terminal V, que alimenta a armadura. 
Com base nisto esta F.e.m induzida , é denominada de força contra-eletromotriz (f.c.e.m.) e 
representada por Ec. 
O circuito da fig.7 pode, então, ser representado por: 
 Ia 
 + 
 
 
 
 
 V εc 
 
 
 
 _ 
 
Figura – Circuito simplificado do motor D.C. 
 
 Existem vários caminhos para se chegar à equação da f.c.e.m.mostraremos um caminho 
simples e aplicativo. 
 Lembramos da relação Ec = Bxl`v, que nos dará a f.e.m por condutor. 
 A velocidade v = πDaN, onde Da é o diâmetro da armadura e N é a velocidade em 
ciclos/segundo. 
 * Lei de Faraday - todo condutor, percorrido por corrente elétrica e sujeito à variação de um 
campo magnético, tem induzida em seus terminais uma tensão, denominada força eletromotriz 
induzida ( f.e.m ). 
** Lei de Lenz - A corrente induzida tem um sentido tal que seu efeito se opõe ao sujeito da 
causa que lhe deu origem. 
 l' é o comprimento ativo do condutor, ou seja, à parte do condutor que está no interior do 
campo Bx. 
 Como a armadura possui Nc condutores e p pares de pólos a força eletromotriz total induzida 
na armadura será: 
NDal
p
NcBmedEc ..'..
2
. π= onde, Bmed p
D
= 2 φπ 
logo , 
NKEc ...φ= 
 ou seja, 
 
 P.S.: A força eletromotriz induzida na armadura é proporcional à intensidade do campo de 
excitação e a velocidade do motor. 
 Porque esta f.e.m chama-se força contra-eletromotriz? 
 Retornaremos ao modelo de circuito mostrado na fig. abaixo. 
 
 
 
 
 14 
 
 Ia 
 
 + 
 
 
 
 
 V εc 
 - 
 
 
 _ 
 
 Figura – motor D.C. 
 
Caso o motor não fosse alimentado pela tensão V a fem Ea, induzida na armadura criaria uma 
corrente na direção dos terminais da máquina. Como o motor é alimentado com uma tensão V, 
superior a fem Ea a corrente resultante Ia, é no sentido contrário, entrando na armadura, porém o 
efeito da fem Ea é contrário ao da tensão terminal V, daí a mesma passa a ser chamada de força 
contra-eletromotriz (fcem = Ec). 
 
VELOCIDADE DOS MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA. 
Vamos expandir um pouco mais nosso modelo da fig. 5. Por este modelo temos que V = Ea o 
que nos daria corrente de armadura nula ( Ia=0 ), portanto não teríamos torque desenvolvido no 
eixo do motor ( Tm = K.Ia.0 ). Sabemos, no entanto, que isto não é verdade tanto é que o motor 
gira a uma certa velocidade. Se o motor gira é porque existe uma diferença entre a tensão 
terminal ( V ) e a f.c.e.m. ( Ec ) resultando numa corrente de armadura ( Ia ). Como já sabemos 
que, para a máquina funcionar como motor a tensão V deve ser superior a fcem Ec, temos: 
 V = Ec + ∆V 
Quem é então essa diferença ∆V? 
Essa diferença de tensão éa queda de tensão no enrolamento da armadura, mais a queda de 
tensão nas escovas e mais a queda de tensão no anel comutador. 
Dessas quedas, vamos considerar apenas a queda no enrolamento da armadura. 
 
Esta queda de tensão é dada por: 
 
∆V=Ra.Ia 
 onde Ra é a resistência ôhmica da armadura. 
 Mas, o que isto tem a ver com a velocidade do motor? 
 T U D O! 
 Vejamos: 
 Podemos, então escrever uma equação para estas tensões, vistas até agora: 
 
 V = Ec + Ra.Ia , onde Ec = K.φ.N 
logo, 
 V = K.φ.N + Ra.Ia 
 Tirando o valor de N; 
N V RaIa
K
= − φ 
 
 15 
Observamos então, que chegamos à velocidade do motor de corrente contínua em função dos 
seus parâmetros elétricos. 
Esta velocidade também pode ser expressa por; 
φK
EcN = 
Podemos observar que a velocidade de rotação dos motores de corrente contínua pode variar 
através de um dos seguintes parâmetros: 
 1 - Tensão da rede (V) 
 2 - Queda de tensão no circuito da armadura (IaRa) 
 3 - Fluxo de excitação (φ) 
 O primeiro caso só é possível quando podemos interferir na tensão de alimentação do motor. Se 
a rede de alimentação é de corrente contínua podemos agir sobre a amplitude da tensão, que 
chega ao motor associado a uma resistência variável em série com o mesmo ou chaveando esta 
alimentação. Caso a rede de alimentação seja de corrente alternada agimos sobre a intensidade 
dos pulsos retificados. 
 
PROCESSO ENERGÉTICO DOS MOTORES D.C. ( POTÊNCIA ) 
 
Com o objetivo de analisar as diversas formas como se apresenta à energia internamente no 
motor, consideramos o motor a uma rotação constante e com uma excitação independente, 
conforme representação abaixo: 
 
 
 + Ia 
 P 
 V 
 Campo 
 
 
 _ 
 
 
 Figura – circuito elétrico do motor D.C. com excitação independente 
 
 
 
Neste caso, a corrente fornecida pela rede é a própria corrente de armadura. 
 
A potência elétrica fornecida ao motor será : 
 
 Pe = V.Ia 
 
Esta potência, no entanto, não será totalmente utilizada no processo de conversão eletromecânica 
de energia, pois existem as perdas no cobre (pcu) e as perdas nas escovas (pe) do motor. Estas 
perdas são dadas por: 
 
 Pcu = Ia2 . Ra 
 
 Pe = Ve.Ia 
 
 
onde Ra é a resistência. 
 
A potência eletromagnética que será, então, transformada em potência mecânica será; 
 
 Pmec = Pe - ( pcu + pe ) 
 
 Substituindo os valores das potências, já conhecidas, temos: 
 
 Pmec = V.Ia - (Ia2.Ra + Ve.Ia) 
 
 Colocando Ia em evidência, temos ; 
 


 

 ∆+−=
Ia
VeRa
Ia
VIaPmec 2 
 O termo pode ser considerado como sendo a resistência das escovas (Re), logo; 
 
 Pmec = Ia2 [V/Ia - (Ra + Re)] 
 
 Pmec = V.Ia - Ia2. Ra 
 
 Na equação das tensões no motor D.C. temos que; 
 
 V = Ec + Ia.Ra 
 
 Multiplicando a equação acima por Ia 
 
 V.Ia = Ec.Ia + Ia2.Ra 
 
 Ia.V - Ia2.Ra = Ec.Ia 
 
 Pmec= Ec.Ia 
 
Podemos agora, assumir como modelo do circuito de armadura do motor D.C., um circuito 
composto de uma força eletromotriz (fem) Ea, atrás de uma resistência equivalente Ra, e a 
potência eletromagnética que será convertida em potência mecânica como sendo, 
 
 
 Ia 
+ 
 
 
 
 
 εc Pmec = Ec.Ia 
 
 
 
 
- 
 
 16 
 
 17 
 
 
 
Na realidade, a potência mecânica disponível no eixo do motor é inferior à convertida 
eletromagneticamente visto que há as perdas no ferro (pfe) e as perdas mecânicas (pmec). 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA. 
 
 Analisaremos, a seguir, as características de funcionamento (velocidade, conjugado, 
rendimento) em função da corrente de armadura, da tensão terminal e da excitação. Tais 
características variam de acordo com o tipo de motor. 
Os motores de corrente contínua são classificados conforme suas ligações terminais e aplicações 
específicas. Daí têm: 
 Motor Excitação Independente 
 Motor Série 
 Motor Compound 
 
Motor D.C com Excitação Independente 
 
 
 
 
 Já sabemos que Ec = k.N.φ. logo , 
 V = k.n.φ + Ia.Ra 
em cujo valor de N é , N V IaRa
K
= − φ 
 Podemos observar que no motor D.C., tipo excitação independente, a velocidade pode ser 
variada através dos seguinte parâmetros: 
 
a - Tensão de excitação. 
 . 
b- Queda na armadura 
 
 
 18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vn V 
Nn 
N 
Velocidade x Tensão terminal. 
 
Nos motores tipo Excitação independente a regulação de velocidade, quando realizada, se dá 
através da tensão de armadura V, mantendo-se a excitação sob a tensão constante de 
alimentação. 
 Conforme a equação de velocidade para o motor com excitação independente, considerando a 
excitação constante, a mesma varia linearmente com a tensão terminal de armadura. Na figura 
acima representamos a característica NxV para uma variação linear. 
Estando o motor na sua rotação nominal Nn, a mesma pode ser alterada com a variação da carga 
no eixo do motor desde que vazio até a plena carga. Esta variação se deve ao termo Ia.Ra, que 
apesar de pequeno, em relação à tensão terminal, faz com que a velocidade do motor com excit. 
Independente não seja constante ao longo do seu carregamento.Traçamos abaixo a característica 
NΧIa para uma excitação nominal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.0 
Nn 
Ia(pu) 
Figura – Velocidade X Corrente de Armadura 
Um fenômeno interessante é que além da corrente Ia influenciar na velocidade do motor D.C. 
Algo que também influência, é a Reação da Armadura. Quando esta desmagnetiza o fluxo do 
campo φ, o motor tende a aumentar a velocidade tendo, portanto, um efeito contrário à queda na 
armadura (Ia. Ra). 
♦ Conjugado 
 Conforme vimos no estudo dos motores D.C. que o conjugado eletromagnético produzido no 
eixo do motor é dado por ; 
 Tm = K.Ia.φ 
 
 Considerando que φ é constante o conjugado será função direta da corrente de armadura Ia ; 
 
 
 
 
 19 
 Tm 
 Tm = K.Ia.φ 
 
 Tn 
 
 
 To 
 
 
 Io In Ia 
 
Onde To é o torque ( conjugado ) de arranque do motor. 
Apesar de representarmos a característica Tm x Ia como sendo uma relaçãolinear o conjugado 
também sofre a ação da reação da armadura. 
 
- Motor Série 
Os motores de corrente contínua tipo série são aqueles cujo enrolamento de campo é ligado em 
série com o enrolamento de armadura.Como mostra a figura abaixo ; 
 Ia 
 + 
 
 
 V 
 
 
 
 - Iex = Ia 
 
 Figura – Motor D.C.série 
 
 
 
 
 a corrente absorvida da rede será então a própria corrente de excitação que é a mesma da 
armadura. 
 
♦ Velocidade 
 
 Neste motor a variação do fluxo principal ocorre juntamente com a variação da corrente e 
proporcional a esta, quando o circuito magnético ainda 
 não está saturado, logo 
N V IaRa
K
= − φ onde φ ∼ Ia 
N V IaRa
K Ia
V
K Ia
Ra
K
= − = −
' ' '
 
1KKIa
VN o += 
 levando o motor série a ter uma característica de velocidade de forma hiperbólica com Ia. 
 
 
 20 
 
Tm 
Ia
 
 N 
Ia I 
Nn 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Observe que o motor série varia bruscamente sua velocidade com a variação da carga no seu 
eixo. 
 
 - Da carga? 
 
 Isso mesmo. A carga no eixo do motor é que determina a corrente de armadura que este 
absorverá da rede. Se não tivermos carga no eixo, a armadura absorverá uma corrente suficiente 
apenas para suprir as perdas mecânicas e as perdas no ferro, corrente esta que tem valor pequeno, 
o que levará o motor a uma velocidade muito acima da nominal. 
 Com o exposto acima devemos tomar os seguintes cuidados com os acionamentos com motor 
série: 
 1 - O motor deve sempre ter carga no seu eixo, quando a alimentação do mesmo for 
constante. 
 2 - Controlarmos a tensão de alimentação do motor afim de que o mesmo não dispare quando 
a vazio. 
♦ Conjugado 
 
 Da equação de conjugado temos que 
 Tm = K.Ia.φ 
 
 
 como φ ∼ Ia, teremos 
 
 Tm = K.Ia2 . 
 
 
 Neste caso o momento do motor cresce parabolicamente com a corrente de armadura, levando 
este motor a ter vantagens em arranque e sobrecargas bruscas. 
 
 
 21 
 
 
 Motor Compound 
 São aqueles em que o campo é constituído de duas bobinas, sendo uma ligada em série e 
outra em paralelo com o induzido. Estes motores acumulam as vantagens do motor série e do 
motor derivação, isto é, possuem elevado conjugado de partida e velocidade aproximadamente 
constante no acionamento de cargas variáveis. A figura abaixo nos mostra o esquema elétrico de 
um motor compound (motor D.C. com derivação mista) ; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura - Motor D.C. misto 
 
QUADRANTES DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR D.C. 
 
Durante a análise das características mecânicas dos motores D.C. nos apegamos a um só regime 
de funcionamento do motor. O torque produzido e a velocidade resultante tinham mesmo 
sentido. Considerando estes sentidos como positivo chamamos este regime como operação no 
primeiro quadrante. O motor pode funcionar também de três outras maneiras que se 
representadas cartesianamente fecham o que chamamos quadrantes de funcionamento do motor 
D.C; A figura abaixo nos mostra estes quadrantes : 
 
N 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura – Quadrantes de funcionamento do motor D.C. 
Motor 
I
Frenagem 
IV
Frenagem 
II 
Motor 
III
 I - O motor está funcionando normalmente, acionando sua carga a uma velocidade N. O 
motor conforme nossa análise até aqui. 
 
 II - O motor está em regime de frenagem. O torque produzido pelo motor está sendo inverso 
ao sentido de giro do motor. Isto é conseguido invertendo o sentido da corrente de armadura ou 
invertendo-se a polaridade da excitação. 
 III - O motor está funcionando normalmente, porém, o sentido é contrário ao do quadrante I. 
 IV - O motor está em regime de frenagem, não por inversão do torque, mas porque a carga 
acionada está girando em sentido contrário. 
 
1.3 MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA (AC) 
 
MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA ASSÍNCRONOS 
Motores de indução funcionam com velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga 
mecânica aplicada. A principal característica dos motores de indução é que somente o 
enrolamento do estator está ligado à rede de alimentação. 
O rotor não é alimentado externamente e as correntes que circulam nele são "induzidas" pelo 
campo eletromagnético do estator. O rotor dos motores de indução podem ser de dois tipos: 
rotor-bobinado que possui um enrolamento curto circuitado semelhante ao enrolamento do 
estator e rotor gaiola (gaiola de esquilo) formado por um conjunto de barras não isoladas 
interligadas por anéis em curto circuito. 
 
MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA SÍNCRONOS 
Funcionam com velocidade fixa, independente da carga acoplada. Nos motores síncronos, a 
rotação é diretamente proporcional à freqüência da rede. 
 
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS (COM ROTOR GAIOLA) 
Os motores de indução trifásico são os motores mais encontrados em instalações industriais. A 
simplicidade de funcionamento, a robustez, os baixos custos de compra e manutenção e a vida 
útil elevada são características que o tornam o tipo de motor mais comum nas indústrias. 
Abaixo temos as principais peças do motor de indução trifásico com rotor gaiola: 
 
a) ESTATOR ⇒ Formado pela carcaça, núcleo de chapas magnéticas e pelo enrolamento 
trifásico. 
b) ROTOR ⇒ Formado por um conjunto de barras não isoladas (interligadas por anéis em 
curto circuito) e pelo eixo (responsável pela transmissão da potência mecânica à carga). 
c) CAIXA DE LIGAÇÃO ⇒ Onde são encontrados os terminais de ligação com a rede 
elétrica. 
d) TAMPAS DIANTEIRA E TRASEIRA ⇒ Providas de furos para a passagem do ar, 
pemitem a ventilação do motor e servem de suporte para os mancais. 
e) MANCAIS (DE ROLAMENTOS): ⇒ Peças mecânicas que dão sustentação ao rotor e 
permitem que ele gire em torno do seu eixo de maneira que suas partes externas não 
toquem na superfície do estator. 
f) PLACA DE IDENTIFICAÇÃO ⇒ Nela estão contidas as principais informações 
técnicas do motor. 
 
 
 
 
 
 
 
 22 
 
 23 
 
A figura a seguir, mostra um motor de indução com rotor gaiola em corte . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura – Motor de indução tipo gaiola em corte 
 
 
 
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO MOTOR A.C. 
As principais características elétricas que determinam as condições de operação do motor são: 
 
a) ESCORREGAMENTO(S) ⇒ O motor de indução opera normalmente, a uma velocidade 
constante . (velocidade assíncrona), que varia ligeiramente de acordo com a carga mecânica no 
seu eixo. Essa velocidade está bem próxima da velocidade síncrona do motor, diretamente 
proporcional à freqüência da rede. A velocidade síncrona do motor pode ser calculada segundo a 
equação: 
 V
120 x f
p
= onde , 
V é a velocidade síncrona em rpm. 
f é a freqüência de operação do motor. 
p é o número de pólos do motor. 
A diferença entre a velocidade síncrona (velocidade do campo girante estatórico) e a velocidade 
assíncrona (velocidade de rotação do eixo do motor) é conhecida como escorregamento. O 
escorregamentotambém pode ser expresso em valores percentuais como mostra a equação a 
seguir: 
S ns n
ns
x= − 100 onde, 
S é o valor percentual do escorregamento. 
ns é a velocidade síncrona do motor. 
n é a velocidade assíncrona do motor. 
 
 24 
b) POTÊNCIA NOMINAL (Pn) ⇒ É a potência ativa, em KW, que o motor pode fornecer no 
eixo em regime contínuo, desde que o motor opere dentro das condições especificadas. 
c) TENSÃO NOMINAL (Vn) ⇒ É o valor eficaz da tensão de linha para a qual o motor foi 
projetado para trabalhar. 
d) CORRENTE NOMINAL (In) ⇒ É o valor eficaz da corrente de linha que o motor solicita 
quando trabalha com valores nominais de tensão, potência e freqüência. 
e) FREQUÊNCIA NOMINAL (Fn) ⇒ Freqüência de operação para a qual o motor foi 
projetado (em geral 60hz). 
f) FATOR DE POTÊNCIA (cosϕ) ⇒ fator de potência do motor 
g) RENDIMENTO ( η ) ⇒ É a relação da potência transmitida ao eixo e a potência entregue ao 
motor. 
h) VELOCIDADE (N) ⇒ Velocidade assíncrona do motor quando operando nas condições 
normais de tensão, corrente e freqüência. 
i) TORQUE (T) ⇒ É a força de torção disponibilizada no eixo do motor. 
 TORQUE (CONJUGADO) = Em nosso sistema de unidades é expresso em Kgf.m 
(Kilograma força metro) ou N.m (Newton-metro). 
 TORQUE NOMINAL DE UM MOTOR ⇒ É o torque desenvolvido pelo seu eixo na 
rotação nominal com corrente, freqüência e tensão nominais. 
 TORQUE DE PARTIDA DE UM MOTOR ⇒ É o torque que o motor disponibiliza a 0 
R.P.M 
 TORQUE MÁXIMO ⇒ É o maior conjugado que o motor pode fornecer. 
 TORQUE RESISTENTE ⇒ É à força de torção que o motor deve vencer para 
movimentar a carga. Se o torque resistente da carga for superior ao torque disponibilizado pelo 
motor ocorre o travamento. Quer dizer, o motor não conseguirá acelerar. 
No gráfico abaixo temos a curva torque x velocidade em motor de indução. 
CURVA TORQUE X ROTAÇÃO 
 
400 
 
300 
 
200 
 
100 
 
 
 
 
Torque Máximo 
 
 
 
 
 
 
TORQUE 
EM % DO 
NOMINAL
 
 0 20 40 60 80 100 RPM em % da RPM Síncrona
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 25 
TORQUE DO MOTOR X TORQUE RESISTENTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Motor de Gaiola - Partida Direta 
TORQUE DOMOTORMOMOTOR
TORQUE RESISTENTE 
 
 
 % Corrente 600
 Corrente 
 
 
Torque Máximo 
 e 400 RPM com Torque 
 Nominal e 
 Corrente Nominal 
 
 
 
 
 
 
 
 
% Torque 200
Rotação Síncrona 
 Torque
100 
 
 0
 
 1725 1750900 1800 RPM
500 
 
Rotação ( RPM ) 
 
 
 
 O gráfico acima nos mostra a relação torque , velocidade e corrente numa partida direta de um 
motor com rotor gaiola ( motor de indução ). 
 
PARTIDA DO MOTOR DE INDUÇAO 
PARTIDA DIRETA 
Na maioria das instalações elétricas, residenciais, comerciais ou industriais, pequenos motores de 
indução do tipo gaiola, de pequena potencia, podem arrancar (iniciar funcionamento) por ligação 
direta a linha (rede) sem que se verifique quedas de suprimento de tensão e um grande aumento 
do período de aceleração ate a velocidade nominal. Semelhantemente grandes motores de 
indução podem partir por ligação direta a linha sem quaisquer danos ou mudança objetável de 
 
 26 
características da mesma, desde que esta tenha capacidade suficiente para suportar grandes picos 
de corrente. Conseqüentemente a partida direta a linha não precisa ser necessariamente evitada, 
se a linha for de capacidade suficiente para prover a tensão nominal e a corrente requerida pela 
partida do motor de indução e desde que tal partida não cause danos ao próprio motor e ao 
sistema. 
Embora haja algumas variações no motor de indução tipo gaiola, um motor de indução 
usualmente requer aproximadamente de 6 (seis) vezes a sua corrente nominal quando arranca 
com a tensão nominal aplicada ao estator (tensão esta diretamente ligada aos terminais do 
motor). No instante da partida a corrente do rotor e determinada pela impedância do rotor 
bloqueado Rr + jXbl. Assim, se a tensão do estator fosse reduzida à metade do seu valor, o 
torque e reduzido a um quarto do seu valor, a corrente de partida também seria reduzida na 
mesma proporção, isto e, aproximadamente a três vezes a corrente nominal. Assim, a redução 
desejável da corrente de linha do motor foi obtida a custa da redução maior ainda e indesejável 
no torque de partida. 
 
ESQUEMA DE POTÊNCIA E COMANDO CHAVE DE PARTIDA DIRETA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 PARTIDA SOB TENSAO REDUZIDA OU CORRENTE REDUZIDA 
 PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO 
A maioria dos motores polifasicos de indução tipo gaiola e bobinado com seus enrolamentos no 
estator em delta. Alguns fabricantes fornecem motores de indução com inicio e fim de cada 
enrolamento de fase, marcados, afim de que seja feita a ligação externa. 
No caso dos motores de indução trifásicos, estes podem ser ligados a linha quer delta, quer em 
estrela. Quando ligados em estrela, a tensão de fase impressa no enrolamento e VL/√3 ou 57,8% 
da tensão de linha. Assim por meio de chaves e possível fazer partir um motor de indução em 
estrela com mais da metade da sua tensão nominal aplicada a cada bobina e fazê-lo funcionar em 
 
 
 27 
delta com toda tensão da linha aplicada pôr bobina. Como o torque varia com o quadrado da 
tensão aplicada pôr fase, a redução da tensão quando da ligação estrela produzira 
aproximadamente um terço do torque normal de partida a plena tensão. 
Quando este torque de partida for possível, com uma corrente de partida de aproximadamente 
58% da corrente nominal de partida este método que e razoavelmente barato, e freqüentemente 
empregado. Deve-se dizer que tal sistema e um tanto mais caro que o convencional, mas seu 
custo e menor do que um autotransformador, impendâncias primarias associadas ao dispositivo 
de partida. 
O chaveamento de estrela para triângulo deve ser feito o mais rapidamente quanto possível para 
eliminar grandes correntes transitórias devidas a momentâneas perdas de potência. 
 
ESQUEMA DE COMANDO E POTENCIA DA CHAVE ESTRELA-TRIÂNGULO 
Figura- Curva característica de torque e corrente, motor com partida Y-∆ 
 
 
 
 28 
 
PARTIDA COM AUTO-TRANSFORMADOR (CHAVE COMPENSADORA) 
Motores de indução podem com tensão reduzida usando um único auto-transformador trifásico 
ou três transformadores monofásicos. Os tap´s no auto-transformador de 50 a 80% da tensão 
nominal. Se o motor não consegue acelerar a carga na mais baixa tensão, os taps de tensão mais 
alta devem ser atentados ate que se obtenha o torque de partida próprio e desejado. 
O transformador e usado apenas durante o período de partida e suas correspondentes corrente 
nominais, baseada em um dispositivo de funcionamento intermitente. O auto-transformador age 
de duas maneiras para reduzir a corrente solicitada a linha : (1) Reduz a corrente de partida do 
motor pela redução da tensão e (2) pela relação de espiras do transformador, na qual a corrente 
de linha primaria e menor que a corrente secundaria do motor. Uma vez que a relação de espiras 
também representa as relações de tensões, a corrente de linha de partida e reduzida, portanto, 
pelo quadrado da relação de espiras. A figura abaixo mostra esquema elétrico de uma partida 
com auto-transformador ; 
 
 Diagrama de força Diagrama de Controle 
 
 
MOTOR DE INDUÇAO COM ROTOR BOBINADO- Efeito de variações na resistência rotorica 
Conforme analisado anteriormente o conjugado (torque) produzido pelo motor em função da 
tensão, devemos saber que o mesmo também varia em função resistência do circuito rotorico, no 
motor de indução. Nos motores tipo gaiola de esquilo ou rotor em curto-circuito não há como se 
introduzir uma variação desta resistência, uma vez que o mesmo já vem fundido ou fabricado. 
Num motor de indução tipo com rotor bobinado, entretanto, há uma maneira simples de se 
introduzir resistências externas no circuito do rotor, através de anéis coletores, conforme mostra 
as figuras na página seguinte; 
 
 29 
 
 
Figura- Esquema elétrico de ligação do motor de indução com rotor bobinado 
 
 
Figura.- Motor com rotor bobinado industrial 
 
Se a barra que fecha o curto-circuito como mostra a figura acima e movida para a extrema 
direita, uma resistência máxima e introduzida em cada fase do circuito do rotor ligado em estrela. 
Quando movida para a extrema esquerda, a resistência introduzida e mínima ou nula, 
representando a resistência equivalente a um motor de indução tipo gaiola. O efeito da variação 
da resistência do rotor sobre as características de partida e funcionamento pode ser determinada 
usando-se um motor de indução de rotor bobinado ou motor de anéis. 
 
 – Características de partida com inserção de resistências rotoricas 
No instante da partida, o escorregamento e unitário, desde que o rotor esta parado. O torque 
desenvolvido pelo rotor e desenvolvido unicamente pelos parâmetros característicos do circuito 
rotorico (Rr e Xbl), e no instante da partida o torque não e afetado pela natureza da carga 
aplicada. Supondo que a tensão aplicada ao estator seja constante, teremos a seguinte equação 
para o torque de partida: Rr 
 Tp = ___________ Kt 
 Rr + Xbl 
 
 
Deduzindo-se a equação acima podemos chegar a seguinte conclusão que, no motor de indução o 
torque de partida alem de depender diretamente da tensão aplicada ao motor, da corrente do 
circuito rotorico e também do fator de potência do rotor. Devido a esta ultima característica 
podemos analisar que com a inserção de resistências rotoricas o torque ira sofrer também uma 
variação no instante da partida. O aumento da resistência do rotor leva a um aumento da 
impedância total, o que faz com que a corrente de partida seja reduzida, porem numa razão 
menor que o aumento do fator de potencia, levando o motor a ter um maior torque de partida, na 
equação abaixo podemos observar esta conclusão; 
 
 
 – Características de funcionamento com resistências rotoricas 
A possibilidade de funcionamento desde a vazio ate plena carga e representada entre torque e o 
nominal. O escorregamento e proporcional ao valor da resistência inserida no circuito do rotor. 
Quanto maior resistência inserida, tanto pior será a regulação de velocidade de um motor de 
indução tipo rotor bobinado carregado (em regime de plena carga), a qualquer velocidade abaixo 
da velocidade síncrona, pela adição ou pela remoção de resistências no circuito do rotor. Como 
resultado, a resistência produz, (1) Torques elevados, podendo o Tp chegar ate 400% do Tn, (2) 
Corrente de partida reduzida, (3) Pode servir como um meio de controle de velocidade para 
aquelas abaixo da velocidade síncrona. 
 
 
– Frenagem 
Os motores de indução Possibilitam várias formas de frenagem, isto é, onde se tem s < 0 e o 
motor opera com características de gerador. A seguir apresentaremos dois principais métodos de 
frenagem elétrica. 
 Frenagem por contra-corrente 
 Frenagem por corrente contínua 
 
 Frenagem por contra-corrente 
Obtém-se a frenagem por contra-corrente através da inversão de duas fases da tensão de 
alimentação do enrolamento estatórico, para reverter a direção de rotação do campo girante do 
motor com o mesmo girando ainda direção inicial. Dessa forma, a rotação do motor fica agora 
contrária a um torque que atua em direção oposta e começa a desacelerar (frenar). Quando a 
velocidade cai a zero o motor deve ser desenergizado, caso contrário, passará a funcionar em 
sentindo oposto. Para este tipo de frenagem, as correntes induzidas nos enrolamentos rotóricos 
são de freqüências altas (duas vezes a freqüência estatórica) e de elevada intensidade, pois o 
torque desenvolvido pelo motor é elevado, onde há a maior corrente nominal, acarretando em um 
sobre aquecimento do motor. Nas figuras da página seguinte mostramos, a curva de torque x 
rotação na frenagem por contra-corrente e posteriormente a configuração da parte física (ligação 
elétrica entre contatores) para possibilitar este tipo de frenagem: 
 
 
 
 
 
 30 
 
 
 
 31 
 
Figura – Curva de torque x rotação na frenagem por contra-corrente 
 
 
Figura – Configuração da parte de potência da frenagem por contra-corrente 
 
 
 Frenagem por injeção de corrente contínua (D.C) 
A frenagem pr injeção de corrente contínua é obtida através da desconexão do estator da rede de 
alimentação e da posterior conexão a uma fonte de corrente contínua. A corrente contínua 
enviada ao enrolamento estatórico estabelece um fluxo magnético estacionário cuja curva de 
distribuição tem uma fundamental de forma senoidal. A rotação do motor em campo produz um 
fluxo de corrente alternada no rotor mesmo, o qual também estabelece um campo magnético 
estacionário com respeito ao estator. 
 
 
 
 32 
Devido à interação do campo magnético resultante e da corrente rotórica, o motor desenvolve um 
torque de frenagem cuja magnitude depende da intensidade do campo, da resistência do circuito 
rotórico e da velocidade do rotor. Nas figuras abaixo podemos observar a curva característica 
torque x rotação neste tipo de frenagem e o seu diagrama típico de instalação: 
 
 
Figura – Curva de torque x rotação durante a frenagem c.c 
Figura – Diagrama de força e comando da frenagem por injeção c.c 
 
Vantagens e desvantagens dos métodos de partida 
 
Partida Direta 
 
Vantagens; 
• Menor custo de todas 
• Facilidade e simplicidade na implementação 
• Alto torque de partida 
 
Desvantagens; 
• Alta corrente de partida, provocando queda de tensão na rede de alimentação. Em função disto 
pode provocar interferências em equipamentos ligados na mesma instalação. 
• É necessário sobredimencionar cabos e contatores 
• Limitação do número de manobras/hora 
 
Partida Estrela-Triângulo 
Vantagens; 
• Custo reduzido 
 
• A corrente de partida é reduzida a 1/3 quando comparada com a partida direta. 
• Não existe limitação no número de manobras/hora 
 
Desvantagens; 
• Redução de torque de partida a aproximadamente 1/3 do nominal 
• São necessários motores com seis/doze terminais 
• Caso o motor não atingir pelo menos 90% da velocidade nominal, o pico de corrente na 
comutação de estrela para triângulo é equivalente ao da partida direta. 
• Em casos de grande distância entre motor e chave de partida, o custo é elevado devido a 
necessidade de seis cabos. 
 
2 COMPONENTES ESTÁTICOS 
Dispositivos retificadores são aqueles que permitem a passagem da corrente elétrica apenas 
quando convenientemente polarizados. Os quatros principais dispositivos retificadores usados na 
eletrônica de potência são: o diodo, o tiristor, o triac e o transistor de potência. Em virtude de 
suas características, os três últimos são chamados de retificadorescontrolados. 
 
2.1 O DIODO 
 Os diodos semicondutores de potência são construídos com silício, um elemento 
semicondutor cuja classificação está entre um isolante e um condutor, e cuja resistência elétrica 
diminui com o aumento da temperatura. 
 
 O silício é um elemento do grupo 04 na tabela periódica e tem quatro elétrons na última 
camada de sua estrutura atômica. Se a ele for adicionado em elemento do grupo 05, isto é, um 
elemento com cinco elétrons na última camada, ficará um elétron livre na estrutura do cristal 
assim formado. Esse elétron livre facilitará a condução da corrente elétrica. Como o elétron 
possui carga negativa, o material é conhecido como sendo um semicondutor tipo-N. 
 
 Se ao silício for adicionado um elemento do grupo 03, isto é, um elemento com três 
elétrons na última camada, então um vazio aparecerá na estrutura do cristal assim formado, que 
pode eventualmente receber um elétron. Esse vazio, considerado como ausência de elétron ou 
lacuna, facilitará a condução da corrente elétrica. Esse material é conhecido como semicondutor 
tipo-P. 
 
 O grau de dopagem (adição de impurezas) é da ordem de 1 parte em cada 10 átomos. No 
semicondutor tipo-N, os portadores majoritários da corrente elétrica são os elétrons, e os 
minoritários, as lacunas. No semicondutor tipo-P, os portadores majoritários da corrente elétrica 
são as lacunas, e os minoritários, os elétrons. De acordo com o grau de dopagem, a 
condutividade do material tipo-N ou tipo-P é muito maior que a do silício puro. 
 
 O diodo apresentado na figura abaixo, é formado por uma junção interna de material tipo-N e 
tipo-P. Nessa junção existe a combinação de elétrons livres (N) com lacunas livres (P), criando 
uma barreira de potencial da ordem de 0,6 V. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Anodo 
Anodo 
Catodo 
Anodo 
P 
 
N 
 
 Figura – O diodo. a - Estrutura. b - Símbolo. 
 33 
 
 34 
 
 
 A curva característica do diodo está representada na figura a seguir, e com relação a figura do 
diodo (a), o potencial positivo está aplicado no lado P (anodo), e o negativo, no lado N (catodo), 
polarização direta, e, como a barreira de potencial é de 0,6 V, existirá uma corrente fluindo do 
anodo para o catodo quando a tensão sobre o dispositivo for da ordem de 0,7 V. Aplicando uma 
tensão reversa (negativa no anodo e positiva no catodo) no diodo, irá existir um fortalecimento 
na barreira de potencial, bloqueando a circulação da corrente elétrica. Experiências mostram que 
a aplicação de grandes gradientes de campo elétrico na junção faz com que o comportamento 
desta se aproxime ao de um capacitor. A agitação térmica rompe alguns vínculos do cristal, 
resultando em uma corrente devida aos portadores minoritários, chamada corrente de fuga 
reversa, da ordem de alguns miliampéres. Um aumento na tensão reversa acarretará um aumento 
na corrente de fuga através da junção. Eventualmente os portadores minoritários terão energia 
suficiente para provocar outras colisões, podendo romper a junção e dando origem à 
característica de tensão reversa de ruptura. 
 
 
 
 Ia 
 
 Condução 
 
 
 
 Vac 
 
 Tensão reversa 
 
Ruptura reversa 
 
 
 
Figura – Curva característica de um diodo 
 
 
 
2.2 O TIRISTOR – SCR (RETIFICADOR CONTROLADO DE SILÍCIO) 
 
O tiristor é um dispositivo de quatro camadas P-N-P-N, com um terceiro terminal chamado gate, 
representado na figura abaixo. A título de ilustração, um dispositivo com 2000V e 300A é 
construído por uma pastilha de silício com 300mm de diâmetro e 0,7 mm de espessura. 
 
A característica de um dispositivo de quatro camadas, sem polarização de gate, está plotada na 
figura abaixo com a sua respectiva curva característica. Nessas condições, o tiristor (scr) 
equivale à associação em série de três diodos, permitindo a condução da corrente elétrica em 
ambos os sentidos. A característica reversa, ou seja, com o catodo positivo, tem um aspecto 
similar à do diodo, já a característica direta, isto é, com o anodo positivo, mostra uma corrente de 
fuga que, próxima à região da tensão de ruptura direta (sobretensão), cresce e dispara o 
dispositivo por sobretensão. A tensão de ruptura direta e inversa são aproximadamente iguais em 
módulo. Uma vez atingida a tensão de disparo, a fatia central P é neutralizada por elétrons 
vindos do catodo, e o dispositivo atua como se fosse um diodo, conduzindo com uma queda de 
tensão direta igual ao dobro daquela de um diodo normal. 
 
 
 35 
 
 
 Anodo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura – O tiristor – SCR (a) Estrutura. (b) Símbolo. 
 
 
 Ia 
 
 Tensão direta 
 
 Corrente de disparo 
 de anodo 
 
 Vac 
 
Tensão de ruptura Tensão de ruptura 
reversa direta 
Gate 
 
 
Catodo 
 
N
P
N
P
 
 
Figura – Curva característica de um tiristor sem corrente de gate. 
 
A condição para que o tiristor alcance e permaneça no estado de condução é que a corrente de 
ignição seja superior à corrente de manutenção, como mostra a figura a seguir. A corrente de 
ignição típica é o dobro da corrente de manutenção, embora ambas tenham baixo valor, da ordem 
de 1% da corrente principal (anodo-catodo) que fluirá pela carga. 
 
 Valores de V 
 para correntes 
 de chaveamento 
 
 
 
 
 
 Tensão de ruptura 
 
 
 
Figura – Curva característica de um tiristor com corrente de gate. 
 
 36 
 
 
 
O tiristor, quando polarizado diretamente (anodo positivo), pode ser levado ao estado de 
condução injetando-se uma corrente em seu terminal de gate relacionado com o terminal de 
catodo, como ilustra a figura acima. A aplicação da corrente de gate injeta lacunas no interior da 
camada P, que, junto com os elétrons da camada N, leva o tiristor ao estado de condução. Uma 
vez atingida a corrente de ignição, a corrente de gate pode ser retirada, e o tiristor continua 
conduzindo, independentemente da polarização do terminal de gate. 
 
Para voltar ao estado de bloqueio, a corrente principal deve ser diminuída até um valor inferior 
ao da corrente de manutenção, durante um tempo suficiente para que a camada central de 
controle leve o tiristor ao estado de bloqueio, podendo ser novamente polarizada diretamente, 
sem entrar em condução. Tipicamente, o bloqueio é feito por um circuito externo, impondo uma 
corrente reversa entre anodo e catodo durante um breve período de tempo, mostra a figura a 
seguir, facilitando o movimento das cargas dentro da camada PN, de maneira a permitir que as 
outras duas junções do bloco favoreçam a corrente reversa antes que as cargas armazenadas 
sejam recuperadas. As cargas armazenadas são devidas à presença da corrente dos portadores na 
região da junção. 
 
A região central controlará, portanto, a reaplicação da polarização direta, até que expire o tempo 
favorável, suficiente para permitir a recuperação dos portadores nessa junção. 
 Ia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 tempo 
 Corrente reversa devido a recuperação 
 das cargas armazenadas 
 
Figura – Forma de onda típica durante o estado de corte. 
 
 
O tempo de extinção típico é de 10 a 100 µs após a reaplicação da polarizaçãodireta, sem 
atingir a sobretensão. A carga armazenada chega a ser da ordem de 20 µc para uma corrente de 
20A no tiristor. 
 
Como foi afirmado, em um tiristor típico que o estado de bloqueio é obtido diminuindo-se a 
corrente principal até as vizinhanças de zero. Existe, no entanto, um dispositivo (GTO) cujo 
bloqueio é obtido pela aplicação de uma corrente reversa no terminal de gate. Sua construção 
interior é diferente daquela do tiristor típico. 
 
Para a aplicação em inversores pode-se melhorar o desempenho utilizando a associação 
antiparalela de um tiristor e de um diodo, que futuramente será substituída pelo GTO (Gate 
Turn-Off). 
 
 
 
 
 
 37 
2.3 O TRIAC 
 
O triac é um elemento de cinco camadas, como ilustra a figura abaixo, tendo dois caminhos P-N-
P-N entre os terminais principais, T1 e T2, podendo conduzir nos dois sentidos, como mostra 
nitidamente seu símbolo representativo ainda figura abaixo (b). Eletricamente, o triac equivale à 
ligação de dois tiristores em antiparalelo [figura abaixo (c)]. 
 
 
 T2 
 T2 
 N 
 P 
 
 N 
 
 P G 
 N N GATE 
 T1 
 
 (b) Símbolo 
 (a) Estrutura. . (c) Equivalência com 
 o tiristor. 
 
O triac pode ser levado ao estado de condução pela aplicação de uma corrente positiva ou 
negativa no terminal de gate, embora seja mais confiável levá-la ao estado de condução 
aplicando uma corrente positiva no gate quando T2 é positivo e uma corrente negativa quando 
T1 é positivo. Na prática, utiliza-se uma corrente negativa no gate, como mostra a figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura – Curva característica do triac. 
 
 
 
 
 
 38 
2.4 O TRANSISTOR DE POTÊNCIA 
 
 O transistor é um elemento de três camadas, N-P-N ou P-N-P, como mostra as figuras a seguir, 
respectivamente. Dentro da faixa de operação, a corrente de coletor Ic é função da corrente de 
base Ib. Uma variação na corrente de base corresponde a uma variação e amplificação na 
corrente de coletor, para uma dada tensão coletor-emissor (Vce). Essa relação entre correntes é 
da ordem de 5 a 100 vezes. 
 
 
 
 COLETOR C 
 
 N B 
BASE 
 P 
 N E 
 
 
 EMISSOR 
 
 (a) Estrutura. (b) Símbolo. 
 
 
Figura – Transistor N-P-N 
 
 
 
 
 
 COLETOR 
 
 C 
BASE P 
 
 N B 
 P 
 
 EMISSOR E 
 
 
 (a) Estrutura (b) Símbolo-nomenclatura. 
 
 
 
Figura – Transistor P-N-P. 
 
A característica ilustrada na figura a seguir tem como base o circuito ilustrado da figura da 
página anterior (b). Da mesma forma que nos outros dispositivos, a tensão de ruptura é alcançada 
com o incremento da tensão até atingir a região de avalanche. A aplicação de uma tensão reversa 
entre coletor e emissor faz com que a junção base-emissor fique bloqueada, tirando o transistor 
da região de operação. Dessa forma, nos circuitos onde aparecem tensões reversas, é hábito 
colocar-se um diodo de proteção em série com o transistor. O transistor P-N-P mostrado na 
 
 39 
figura anterior exibe características similares, embora correntes e tensões tenham sentidos 
opostos ao transistor N-P-N. 
 
 Ic Ib1 
 
 
 
 
 Ib2 
 
 Tensão de saturação 
 Ib3 
 
 
 
 
 Tensão coletor- emissor Vce 
 
Tensão de ruptura 
 Ib1 > Ib2 > Ib3 
 
 
 
Figura – Característica de emissor comum do transistor N-P-N. 
 
 
 
 
A potência perdida no transistor é função do produto da tensão coletor-emissor pela corrente do 
coletor. Com referência na figura a seguir, se a corrente de base variar com a finalidade de 
controlar a corrente de carga no coletor, poderá surgir uma alta-tensão no transistor. Por 
exemplo, se V = 200V, e considerando que a corrente Ib, foi ajustada para que na carga de 10Ω, 
a corrente seja 10A, resultará uma queda de tensão no transistor igual a 100V. A potência 
perdida no transistor será de 1kW, e, em especial, a eficiência, é de 50%. Essa condição é 
inaceitável do ponto de vista de perdas no dispositivo, bem como de sua eficiência no circuito 
em questão. 
 + 
 
 
 CARGA ACIONADA 
 
 PELO TRANSISTOR 
 
 
 
 Corrente de comando Ib Ib 
 
 - 
 
 Figura – Transistor controlando uma carga (eficiência). 
 
 
 
Na aplicação em circuitos de potência, o transistor opera como chave, ou seja, nas regiões de 
corte ou saturação, evitando dessa forma que a perda de potência sobre o dispositivo seja 
significativa. Com Ib = 0, o transistor é um circuito aberto. Com Ib = Ib saturação, o transistor é 
um curto-circuito, dessa forma, o transistor funciona como um simples interruptor, cujo controle 
está diretamente ligado à corrente de base e consequentemente, à corrente de coletor. Para 
minimizar o tempo de atraso na mudança da região de saturação ao corte, é necessário que a 
corrente de base seja apenas suficiente para levar saturação, sem no entanto permitir acúmulo de 
carga na base. 
 
Para levar o dispositivo ao estado de corte, reduz-se a corrente de base e, proporcionalmente, a 
corrente de coletor, até a sua extinção. Para a garantia do corte, é conveniente a existência de 
uma pequena corrente negativa na base, evitando correntes espúrias no coletor. Para levar o 
dispositivo ao estado de saturação, aplica-se uma alta corrente na base, sem no entanto ocasionar 
acúmulo de carga na base. Funcionando como chave, a perda de potência sobre o dispositivo é 
pequena, visto que no corte a corrente de coletor é praticamente zero, e na saturação, a tensão 
coletor-emissor é praticamente zero (tipicamente, nos transistores de silício, a tensão de 
saturação é da ordem de 1,1 V) ver figura abaixo. Para maior facilidade, o estado de corte é 
chamado de desligado, e o de saturação, de ligado. 
 
 
 
 
 Ic 
 Condição de fechamento ou 
 condução 
 (alto valor de Ib e Ic limitado pela valor de 
 carga) 
 
 
 Condição de bloqueio 
 ou corte 
 Ib=0 
 
 Vce 
 
Figura – Transistor como chave (estados ligado ou desligado). 
 
3 SOFT-STARTER 
 
3.1 Introdução 
 
Com a crescente necessidade na otimização de sistemas e processos industriais, algumas técnicas 
foram desenvolvidas, principalmente levando em consideração conceitos e tendências voltados a 
automação industrial. Olhando para o passado podemos claramente perceber o quanto estas 
técnicas tem contribuído para este fim. 
Um dos mais claros exemplos são os sistemas de acionamento para motores de indução, 
largamente utilizado em quase todos os segmentos, seja ele residencial ou industrial. 
Em particular neste capítulo nós iremos analisar e avaliar, uma técnica que tornou-se muito 
utilizada na atualidade, as chaves de partida suave (soft-starters).40 
 
 
 41 
Estes equipamentos eletrônicos vem assumindo significativamente o lugar de sistemas 
previamente desenvolvidos, em grande parte representados por sistemas eletromecânicos. 
 
3.2 Funcionamento 
 
A chave de partida a estado sólido consiste de um conjunto de pares de tiristores (SCR’s) na 
configuração anti-paralela ou combinações de tiristores/diodos para cada fase do motor. 
O ângulo de disparos de cada par de tiristores é controlado eletronicamente para aplicar uma 
tensão variável no motor durante a aceleração. Este comportamento é, muitas vezes, chamado de 
partida suave (soft-starter). No final do período de partida, ajustável conforme a aplicação, a 
tensão atinge um valor pleno após uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao invés de 
ser submetido a transição brusca, como ocorre com o método de partida por ligação estrela 
triângulo. Com isso, consegue-se manter a corrente de partida próxima da nominal e com suave 
aceleração, como desejado. Na figura abaixo temos um gráfico da curva característica de torque 
e corrente do motor com partida suave: 
Figura – Curva característica de torque e corrente, motor com soft-starter 
1 – Corrente de Partida Direta 
2 – Corrente de Partida com Soft-Starter 
3 – Conjugado com Partida Direta 
4 – Conjugado com Soft-Starter 
5 – Conjugado da Carga 
Além da vantagem do controle da corrente durante a partida, a chave eletrônica apresenta, 
também, a vantagem de não possuir partes móveis ou que gerem arco elétrico, como nas chaves 
eletro-mecânicas. Este é um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, pois sua vida útil é mais 
longa, assim como dos componentes e acessórios (fusíveis, contatores, cabos, etc.). 
Ainda, como recurso adicional, a soft-starter apresenta a possibilidade de efetuar a 
desaceleração suave para cargas de baixa inércia. 
 
 
 
 
 
 
 
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COMPARATIVO ENTRE OS MÉTODOS DE PARTIDA 
 
 
Partida Suave (Soft-Starter) 
Vantagens ; 
• Corrente de partida próxima a corrente nominal 
• Não existe limitação no número de manobras/hora 
• Torque de partida próximo do torque nominal 
• Longa vida útil pois não possui partes eletromecânicas móveis 
• Pode ser empregada também para desacelerar o motor 
Desvantagens ; 
• Maior custo na medida em que a potência é reduzida. 
 
Como já foi abordado anteriormente, o funcionamento das soft-starters está baseado na utilização 
de tiristores ( SCR´s ), ou melhor, de uma ponte tiristorizada na configuração anti-paralelo, que é 
comandada através de uma placa eletrônica de controle, a fim de ajustar a tensão de saída, 
conforme uma programação feita anteriormente pelo usuário. 
Esta estrutura é apresentada na figura da página seguinte ; 
 
 
 
 
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Figura- Bloco diagrama simplificado da soft-starter 
 
Como podemos observar na figura acima, a soft-starter controla a tensão da rede através do 
circuito de potência, constituído por seis SCRs, onde variando o ângulo de disparo dos mesmos, 
variamos o valor eficaz da tensão aplicada ao motor. A seguir faremos uma análise mais 
atenciosa de cada uma das partes individuais desta estrutura, já que notamos nitidamente que 
podemos dividir a estrutura acima em duas partes, o circuito de potência e o circuito de controle. 
 
3.2.1 Circuito de Potência 
Este circuito é por onde circula a corrente que é fornecida para o motor. É constituído 
basicamente pelos SCR´s , suas proteções e os TC´s ( transformadores de corrente ). 
• O circuito RC representado no diagrama é conhecido como circuito snubber, e tem como 
função fazer a proteção dos SCRs contra dv/dt. 
• Os transformadores de corrente fazem a monitoração da corrente de saída permitindo que o 
controle eletrônico efetue a proteção e manutenção do valor de corrente em níveis pré-definidos 
(função limitação de corrente ativada). 
 
3.2.2 Circuito de Controle 
É no bloco de controle que estão os circuitos responsáveis pelo comando, monitoração e 
proteção dos componentes do circuito de potência, bem como os circuitos utilizados para 
comando, sinalização e interface homem-máquina que serão configurados pelo usuário em 
função da aplicação. 
Atualmente a maioria das chaves soft-starters disponíveis no mercado são microprocessadas, 
sendo assim, totalmente digitais. Alguns fabricantes ainda produzem alguns modelos com 
controle analógico, mais no sentindo de oferecer uma opção mais barata para aplicações onde 
não sejam necessárias funções mais sofisticadas. 
 
2.3 Principais Características e Funções 
Além das características mostradas anteriormente as soft-starters também apresentam funções 
programáveis que permitirão configurar o sistema de acionamento de acordo com as 
necessidades do usuário. Abaixo iremos descrever algumas das mais importantes destas funções; 
 
 
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• Rampa de tensão na aceleração 
 
As chaves soft-starters tem uma função muito simples, que é através do controle da variação do 
ângulo de disparo da ponte de tiristores, gerar na saída da mesma, uma tensão eficaz gradual e 
continuamente crescente até seja atingida a tensão nominal da rede. Podemos observar este efeito 
através do gráfico da figura abaixo ; 
 
Figura – Rampa de tensão aplicada ao motor na aceleração 
Temos que observar que, quando ajustamos um valor de tempo de rampa, e de tensão de partida 
(pedestal), isto não significa que o motor irá acelerar de zero até a sua rotação nominal no tempo 
definido por ta (tempo de aceleração). Isto na realidade dependerá das características dinâmicas 
do sistema motor/carga, como por exemplo : sistema de acoplamento, momento de inércia da 
carga refletida ao eixo do motor, atuação da função de limitação de corrente, etc. 
Tanto o valor do pedestal de tensão, quanto o de tempo de rampa são valores ajustáveis dentro de 
uma faixa que pode variar de fabricante para fabricante. 
Não existe uma regra prática que possa ser aplicada para definir qual deve ser o valor de tempo a 
ser ajustado, e qual o melhor valor de tensão de pedestal para que o motor possa garantir a 
aceleração da carga. A melhor aproximação poderá ser alcançada através do cálculo do tempo de 
aceleração do motor. 
 
 
 
• Rampa de tensão na desaceleração 
 
Existem duas possibilidades para que seja executada a parada do motor, por inércia ou 
controlada, respectivamente. Na parada por inércia, a soft-starter leva a tensão de saída 
instantaneamente a zero, implicando que o motor não produza nenhum conjugado na carga que 
por sua vez, irá perdendo velocidade, até que toda energia cinética seja dissipada. A equação 
abaixo nos mostra matematicamente como expressar esta forma de energia : 
 
 
K = J . w2 
1 
2 
 
 
 45 
 
 
 
 
 
Onde, 
K = energia cinética (Joules) 
J = momento de inércia total (kg.m2) 
W = velocidade angular (rad/s) 
 
Na parada controlada a soft-starter vai gradualmente reduzindo a tensão de saída até um valor 
mínimo em um tempo pré-definido. Podemos observar melhor este tipo de parada no gráfico da 
página que segue : 
Figura – Comportamento da tensão na desaceleração 
 
O que acontece neste caso, é que reduzindo-se a tensão aplicada ao motor, este irá perder 
conjugado. A perda de conjugado reflete no aumento do escorregamento e o aumento do 
escorregamento faz com que o motor perca velocidade. Se o motor perde velocidade a cargaacionada também perderá. Este tipo de recurso é muito importante para aplicações que devem ter 
uma parada suave do ponto de vista mecânico. Podemos citar como exemplo bombas 
centrífugas, transportadores, etc. 
No caso particular das bombas centrífugas é importantíssimo este tipo de parada pois minimiza 
bastante o efeito do ´´golpe de aríete´´ , que pode provocar sérios danos a todo o sistema 
hidráulico, comprometendo componentes como válvulas e tubulações, além da própria bomba. 
 
 • Kick Start 
 
Existem cargas que no momento da partida exigem um esforço extra do acionamento em função 
do alto conjugado resistente, por exemplo o compressor. Neste casos, normalmente a soft-starter 
precisa aplicar no motor uma tensão maior que aquela ajustada na rampa de tensão na aceleração, 
isto é possível utilizando uma função chamada ´´Kick Start´´ . Esta função faz com que seja 
aplicado no motor um pulso de tensão com amplitude e duração programáveis para que o motor 
possa desenvolver um conjugado de partida suficiente para vencer o atrito, e assim acelerar a 
carga. Deve-se ter muito cuidado com esta função, pois ela somente deverá ser usada nos casos 
onde seja estritamente necessária. 
 
 
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Devemos observar alguns aspectos importantes relacionados com esta função, já que a mesma 
poderá ser mal interpretada e, desta forma, comprometer a definição com relação ao seu uso, 
inclusive o do próprio sistema de acionamento. 
Como a tensão de partida poderá ser ajustada próximo da tensão nominal, mesmo que por um 
pequeno intervalo de tempo, a corrente de partida irá atingir valores muito próximos daqueles 
registrados na placa do motor ou folha de dados do motor. 
Isto é claramente indesejável, pois a utilização da soft-starter nestes casos advém da necessidade 
de garantir-se uma partida suave, seja eletricamente ou seja mecanicamente. Desta forma 
podemos considerar este recurso como sendo aquele que deverá ser usado em última instância, 
ou quando realmente ficar óbvia a condição severa de partida. A figura abaixo nos mostra o 
gráfico desta função; 
Figura – Representação gráfica da função ´´Kick Start´´ 
 
 
• Limitação de corrente 
 
Na maioria dos casos onde a carga apresenta uma inércia elevada, então neste caso particular é 
utilizada uma função denominada limitação de corrente. Esta função faz com que o sistema 
rede/soft-starter forneça ao motor somente a corrente necessária para que seja executada a 
aceleração da carga. 
Este recurso é sempre muito útil pois garante um acionamento realmente suave e torna-se ótimo 
para a viabilização de partidas de motores em locais onde a rede encontra-se no limite de sua 
capacidade. 
Normalmente nestes casos a condição de corrente na partida faz com que o sistema de proteção 
da instalação atue, impedindo assim o funcionamento normal de toda a instalação. Ocorre então 
a necessidade de se impor um valor limite de corrente de partida de forma a permitir o 
acionamento do equipamento, bem como de toda a indústria. No gráfico abaixo mostramos este 
tipo de função; 
 
 
 
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Figura – Limitação de corrente 
 
A limitação de corrente também é muito utilizada na partida de motores cuja carga apresenta um 
valor mais elevado de momento de inércia. Em termos práticos, podemos dizer que esta função é 
a que deverá ser utilizada após não obter-se sucesso com a rampa de tensão simples, ou mesmo 
quando for necessário ajustar uma rampa de tensão (para aceleração da carga) de tal forma que a 
tensão de partida (pedestal) fique próxima aos níveis de outros sistemas de partida, por exemplo, 
as chaves compensadoras. Não sendo isto de forma alguma fator proibitivo na escolha do sistema 
de partida. 
 
• Pump control 
 
Esta função é utilizada especialmente para a aplicação de partida com soft-starter em sistemas de 
bobeamento. Trata-se na realidade de uma configuração especifíca (pré-definida) para atender 
este tipo de aplicação, onde normalmente é necessário estabelecer uma rampa de tensão na 
aceleração , uma rampa de tensão na desaceleração e a habilitação de proteções. A rampa de 
tensão na desaceleração é ativada para minimizar o ´´golpe de aríete´´, prejudicial ao sistema 
como um todo. São habilitadas também as proteções de seqüência de fase e subcorrente imediata 
( para evitar o escorvamento ). 
 
• Economia de energia 
 
Uma soft-starter que inclua características de otimização de energia simplesmente altera o ponto 
de operação do motor. Esta função, quando aplicada aos terminais do motor de modo que a 
energia necessária para suprir o campo seja proporcional à demanda da carga. 
Quando a tensão no motor está em seu valor nominal e a carga exige o máximo conjugado para o 
qual o motor foi especificado, o ponto de operação será definido pelo ponto A. Se a carga 
diminui e o motor for alimentado por uma tensão constante, a velocidade (rotação) aumentará 
ligeiramente, a demanda de corrente reduzirá e o ponto de operação se moverá junto à curva para 
o ponto B. Por ser um motor onde o conjugado desenvolvido é proporcional ao quadrado da 
tensão aplicada, haverá uma redução do conjugado com uma redução de tensão. Caso esta tensão 
seja devidamente reduzida, o ponto de operação passará a ser o ponto A´ , conforme figura 
abaixo; 
 
 
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Figura – Equilíbrio entre conjugado e tensão 
 
 
Em termos práticos pode-se observar uma otimização com resultados significativos somente 
quando o motor está operando com cargas inferiores a 50% da carga nominal. Mas, é muito 
difícil encontrar motores operando de tal forma, pois neste caso estaríamos falando de motores 
muito sobredimensionados, o que atualmente em virtude da crescente preocupação com o 
desperdício de energia e redução de custos, isto vem sendo evitado. 
 
 Proteções 
A utilização das soft-starters não fica restrita exclusivamente a partida de motores de indução, 
pois estas também podem garantir ao motor toda a proteção necessária. Normalmente quando 
uma proteção atua é emitida uma mensagem de erro especifica para permitir ao usuário 
reconhecer o que exatamente ocorreu. A seguir estão relacionadas as principais proteções que as 
soft-starters oferecem : 
 
• Sobrecorrente imediata na saída 
 
Esta função ajusta o valor de corrente que a soft-starter permite fluir para o motor por período de 
tempo pré-ajustado (via parametrização). O gráfico abaixo mostra esta função; 
 
 
Figura – Proteção de sobrecorrente imediata 
 
 
 
 
 
 
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• Sobcorrente imediata 
Ajusta o mínimo valor de corrente que a soft-starter permite fluir para o motor por período de 
tempo pré-ajustado (via parametrização). Esta função é muito utilizada para a protecao de cargas 
que não possam operar em vazio ou cargas bem abaixo do seu valor mínimo, por exemplo, 
sistemas de bobeamento (bombas centrífugas). Abaixo temos o gráfico desta função ; 
 
Figura – Proteção de sobcorrente imediata 
 
 
• Sobrecarga na saída ( Ixt ) 
Supervisiona as condições de sobracarga conforme classe térmica selecionada (via 
parametrização), protegendo o motor termicamente contra sobrecargas aplicadas ao seu eixo. 
A figura abaixo nos mostra o gráfico desta função ; 
 
 
 
• Sobretemperatura nos tiristores ( medida no dissipador ) 
Monitora a temperatura no circuito de potência através de um termostato montado sobre o 
dissipador de alumínio, onde também estão montados os tiristores. 
 
Caso a temperatura do dissipador superar 90º C, o termostato irá comutar fazendo com a