Motores elétricos I

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ELETROTÉCNICA
Diogo Braga da 
Costa Souza
Catalogação na publicação: Poliana Sanchez de Araujo – CRB 10/2094
S719e Souza, Diogo Braga da Costa.
 Eletrotécnica [recurso eletrônico] / Diogo Braga da 
Costa Souza, Rodrigo Rodrigues. – Porto Alegre : 
SAGAH, 2017.
Editado como livro em 2017.
ISB N 978-85-9502-055-9
1. Eletrotécnica. 2. Engenharia elétrica. I. Rodrigues, 
Rodrigo. II. Título. 
CDU 621.3
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Motores elétricos I
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 Identifi car o princípio de funcionamento de um motor elétrico.
 Relacionar as características de diferentes tipos de motores CC.
 Diferenciar conceitos como torque, potência e rotação de motores
elétricos.
Introdução
Neste capítulo, você vai estudar a primeira parte sobre motores elétricos: 
você vai aprender a identificar o princípio de funcionamento de um motor 
elétrico, relacionar as características de diferentes tipos de motores CC e 
conhecer conceitos como torque, potência e rotação de motores elétricos.
Princípio de funcionamento
Os motores elétricos são capazes de transformar energia elétrica em energia 
mecânica, o que permite a movimentação de cargas (como em esteiras), a 
ventilação de ambientes, entre outras aplicações. Para que isso aconteça, o 
motor elétrico possibilita o giro de seu eixo pela interação magnética dos 
campos magnéticos da parte girante, denominada rotor, e da parte estática, 
denominada estator.
Os campos magnéticos presentes nos motores elétricos surgem pelo 
princípio de Ampère, que diz que, quando uma corrente circula em um 
determinado condutor, no seu entorno é gerado um campo magnético de 
intensidade proporcional à intensidade de corrente e à quantidade de espiras 
dos enrolamentos (UMANS, 2014).
As interações entre campos magnéticos são possíveis pela força eletro-
magnética, isto é, a repulsão ou atração de corpos, o que depende do tipo de 
polaridade magnética: polos iguais se repelem e polos diferentes se atraem 
(veja a Figura 1). Essa força de interação magnética, quando aplicada a corpos 
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móveis, possibilita a sua movimentação. Nos motores elétricos, o eixo se 
encontra móvel, girante, e a interação magnética de atração e repulsão entre 
os campos magnéticos o movimenta.
Figura 1. Interação de polos magnéticos.
O comportamento da força física ocasionada no campo magnético se rela-
ciona com o vetor da tensão aplicada às bobinas e o vetor campo magnético, 
sendo que a força magnética é sempre perpendicular ao plano desses dois 
vetores, como pode ser visualizado na Figura 2 (UMANS, 2014).
Figura 2. Regra da mão direita para o sentido da força magnética.
Fonte: Borges e Nicolau (2011).
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A Figura 3 representa o princípio de funcionamento de um motor CC, 
onde o campo da parte estática é sempre fixo. Para que haja a mudança de 
polos, possibilitando um giro constante do motor, o campo da parte girante 
modifica sua polaridade por meio de uma reversão da alimentação realizada 
pelo comutador. A força magnética que proporciona o giro pode ser visualizada 
pelo vetor vertical, ocasionado pelo sentido da corrente que passa na bobina 
móvel e pelos polos de interação instantâneos (KOSOW, 2005).
Figura 3. Funcionamento simplificado do motor CC.
Fonte: photoiconix/Shutterstock
Na Figura 4 conseguimos identificar os estados de atração e repulsão de 
interação entre os campos do estator e do rotor, o que possibilita o movimento 
de giro destes motores (SIEMENS, 2006).
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Figura 4. Princípio de funcionamento do motor CC.
Fonte: Siemens (2006).
Os motores elétricos de corrente alternada não necessitam de comutadores para 
inverter as polaridades magnéticas das bobinas do rotor do motor, conforme acontece 
nos motores de corrente contínua, pois há inversão do sentido da corrente proveniente 
da alimentação elétrica que provoca a inversão dos polos magnéticos.
Motores elétricos de corrente contínua
Os motores de corrente contínua são aplicados em sistemas onde é necessária 
a utilização de um controle de velocidade preciso, pois, ao variar sua tensão 
de alimentação, é possível modifi car a velocidade na qual o motor se encontra. 
No passado este tipo de motor era o único a proporcionar uma variação de 
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velocidade com baixo índice de queda de torque, com a variação do nível de 
tensão. Hoje existem métodos assertivos de controle de velocidade em motores 
de corrente CA que inviabilizam grande parte das aplicações dos motores CC.
Os motores CC possuem basicamente as seguintes partes (WEG, 2013):
1. No estator:
 ■ Carcaça, a qual protege as partes internas e conduz o fluxo magnético.
 ■ Polos de excitação, que são formados por bobinas, as quais são 
enroladas em chapas de aço laminadas, e são conhecidas como 
sapatas polares.
 ■ Enrolamentos de compensação, que são elementos distribuídos 
sobre a sapata polar de forma a distribuir uniformemente a indução 
magnética no entreferro do estator.
 ■ Escovas, que são elementos estáticos que conectam a fonte de energia 
à parte girante do motor, de forma a alimentar as bobinas do rotor.
2. No rotor:
 ■ Enrolamentos, que são bobinas enroladas em chapas de aço lamina-
das, as quais criam o campo magnético do rotor. Esses enrolamentos 
são interligados ao comutador.
 ■ Comutador, que é o elemento que inverte a polaridade de campo 
magnético do rotor, de forma a possibilitar o giro contínuo do eixo.
 ■ Eixo, que é o elemento interligado mecanicamente à carga, transmi-
tindo a potência mecânica desenvolvida pelo motor.
Tipos de excitação em motores CC
Os motores CC possuem dois tipos de bobinas enroladas ao estator: a bobina 
série e a bobina paralela, sendo que elas interagem com o campo criado pelo 
rotor de formas diferentes. A bobina série proporciona controles de torque, 
enquanto a bobina paralela proporciona o controle de velocidade do eixo 
(WEG, 2013). 
O enrolamento da armadura se refere às bobinas do rotor (parte móvel), 
sendo que estas produzirão campos magnéticos de interação com o campo do 
estator. Veja na Figura 5 um esquema em que RA representa a resistência da 
bobina da armadura, e E, a força contraeletromotriz na armadura.
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Figura 5. Máquina CC ligação independente.
Fonte: WEG (2013).
Com a alimentação dessas bobinas, conseguimos diferenciar o funcio-
namento do motor CC. As possíveis interligações são apresentadas a seguir:
  Excitação independente: entre as bobinas do estator, alimenta-se somente 
a bobina paralela, a qual proporciona ao motor um controle de veloci-
dade, desde que não haja sobrecargas ao motor, ou seja, desde que seu 
conjugado varie até o valor máximo do conjugado nominal. Esse tipo 
de excitação permite o controle de tensão na armadura, a variação de 
potência em relação à velocidade, mantendo o torque constante; ou, no 
campo, a variação do torque inversamente proporcional à velocidade, 
mantendo o valor da potência (WEG, 2013).
Figura 6. Máquina CC ligação independente.
Fonte: WEG (2013).
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Figura 7. Conjugado x velocidade em máquina CC ligação independente.
Fonte: WEG (2013).
  Excitação série: entre as bobinas do estator, é alimentada somente a 
bobina série, conforme a Figura 8,o que proporciona ao motor uma 
capacidade de sobrecarga sem uma elevação drástica de consumo ener-
gético, mas com uma redução quadrática do valor da velocidade. Essa 
característica pode ser analisada na Figura 9, que representa grafica-
mente a relação entre conjugado e velocidade (WEG, 2013).
Figura 8. Máquina CC ligação série.
Fonte: WEG (2013).
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Figura 9. Conjugado x velocidade em máquina CC ligação série.
Fonte: WEG (2013).
  Excitação composta: As duas bobinas do estator são alimentadas, 
de forma a aplicar o controle de velocidade e o controle de torque, 
sendo que a variação de conjugado interfere menos na velocidade em 
comparação à excitação série. Essa ligação é identificada na Figura 
10 (WEG, 2013).
Figura 10. Máquina CC ligação composta.
Fonte: WEG (2013).
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Figura 11. Conjugado x velocidade em máquina CC ligação composta.
Fonte: WEG (2013).
Para saber mais sobre a especificação dos motores elétricos, leia Motores Elétricos: Guia 
de Especificação (WEG, 2016).
Grandezas mecânicas dos motores elétricos
Para a caracterização mecânica dos motores elétricos, é necessária a associação 
de suas grandezas mecânicas, descritas a seguir (WEG, 2016):
  Torque: também denominado momento, é a medida do esforço ne-
cessário para girar o eixo e a carga acoplada a ele. Pode ser calculado 
pela força vezes o comprimento da alavanca, sendo que quanto maior 
for essa alavanca, maior será a força transversal possível aplicando o 
mesmo torque.
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  Potência: é a grandeza que interliga as energias, sendo que esta é o valor 
da demanda de energia elétrica transformada para energia mecânica 
pelo motor elétrico.
  Velocidade: é a grandeza relativa à velocidade do eixo, sendo normal-
mente identificada em rotações por minuto (rpm);
Os motores elétricos exercem trabalho mecânico a partir do consumo de 
energia elétrica, sendo assim, possuem torque no eixo referente à potência 
ativa entregue ao eixo e na velocidade na qual esse eixo se encontra, o que é 
representado pela seguinte expressão:
Onde: 
τ = é o torque no eixo do motor;
P = é a potência mecânica do motor;
ω = é a velocidade do eixo do motor.
Com essa relação é possível associar essas três grandezas mecânicas a fim 
de determinar que o torque nos motores elétricos é diretamente proporcional 
à potência mecânica e inversamente proporcional à velocidade do motor. 
Isso determina suas limitações: esse tipo de máquina elétrica tende a acionar 
cargas de alto torque em baixas velocidades. Se esse tipo de carga necessitar 
alta velocidade de trabalho, deverão ser utilizados motores que possuam alta 
potência mecânica. 
Os motores elétricos de corrente contínua até hoje são muito utilizados na produção 
têxtil, pois qualquer esforço maior aplicado ao tecido pode danificá-lo. Assim, aplica-
-se um sistema de controle, com sensores que monitoram esse esforço, variando a 
velocidade dos motores: aumentando-a em caso de afrouxamento, e reduzindo-a se 
o tecido estiver muito esticado (SIEMENS, 2006).
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1. Os motores elétricos: 
a) Transformam energia 
mecânica em elétrica.
b) Permitem gerar potência elétrica.
c) Transformam energia 
elétrica em mecânica.
d) Geram tensões elétricas.
e) Nenhuma das alternativas 
anteriores.
2. Os motores elétricos basicamente 
são constituídos por: 
a) Rotor e estator.
b) Indutor e rotor.
c) Coletor e estator.
d) Comutador e indutor.
e) Capacitor e estator.
3. São parâmetros mecânicos 
importantes para os motores 
elétricos: 
a) Número de fases, 
velocidade e tensão.
b) Torque, corrente e 
número de fases.
c) Tensão, velocidade e corrente.
d) Torque, potência e velocidade.
e) Número de fases, frequência 
da rede e velocidade.
4. As principais vantagens dos motores 
de corrente contínua são: 
a) Menor custo e maior velocidade.
b) Velocidades mais precisas 
e possibilidade de variação 
de velocidade.
c) Maior velocidade e 
menor consumo.
d) Maior torque e maior 
rendimento.
e) Menores custos e 
maiores rendimentos
5. O que são servomotores CC 
e para que servem? 
a) São motores CC de precisão, 
apresentam velocidades 
constantes e maior torque.
b) Motores CC para 
elevadas rotações.
c) Motores CC de baixo custo.
d) Motores CC de velocidade única.
e) Nenhuma das alternativas 
anteriores.
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BORGES; NICOLAU. Cursos do Blog – Eletricidade: voltando ao segundo fenômeno 
eletromagnético. [S.l.]: Os Fundamentos da Física, 2011. Disponível em: <http://os-
fundamentosdafisica.blogspot.com.br/2011/11/cursos-do-blog-eletricidade.html>. 
Acesso em: 23 fev. 2017.
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CA/CC. Jaraguá do Sul: WEG, 2013. Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/
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