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15/05/2023, 15:20 E-book
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I t d ã
ACIONAMENTOS ELÉTRICOSACIONAMENTOS ELÉTRICOS
CONCEITO DECONCEITO DE
ACIONAMENTOSACIONAMENTOS
ELÉTRICOSELÉTRICOS
Au to r ( a ) : D r. Ed e r s o n Pa u l o Vo g e l
R ev i s o r : D ra . A n a C a m i l a F. M a m e d e
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Introdução
Olá, estudante! Tudo bem?
Iniciaremos esta nossa jornada para entender como surgiram e como funcionam os
acionamentos elétricos. Para isso, neste estudo, você verá o que são, como
funcionam e como são utilizados os motores elétricos, assim como o histórico do
surgimento dos conceitos utilizados para a partida de tais máquinas elétricas. Serão
abordados os tipos de acionamentos dessas máquinas, bem como características da
dinâmica dos movimentos de translação e de rotação, a interpretação e a aplicação
de cadeias cinemáticas e as curvas características de conjugado versus velocidade.
Além disso, serão descritos os resultados, técnicos e econômicos, que tornam o
assunto de extrema relevância no cenário atual.
Bons estudos!
Dinâmica dos
Movimentos de
Translação e de
Rotação e Cadeias
Cinemáticas
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Inicialmente, é importante que você entenda o que são os motores elétricos de
indução e quais as principais funções de controle deles. Então, vamos lá?
Segundo Franchi (2013), um motor elétrico é um dispositivo capaz de transformar a
energia elétrica em energia mecânica, normalmente cinética. Dessa forma, é um
equipamento acionado tanto em Corrente Contínua (CC) quanto em Corrente
Alternada (CA), gerando o movimento do eixo. Em outras palavras, os motores são
conversores eletromecânicos de energia, ou seja, equipamentos que produzem
conjugado mecânico a partir de uma alimentação de energia elétrica.
O acionamento de máquinas por motores elétricos é responsável por cerca de 80%
do consumo de energia elétrica nas indústrias. No Brasil, por exemplo, há uma
relevância econômica relacionada à fabricação desses tipos de motores. A fonte de
alimentação desses equipamentos é dividida em CC e CA:
Motores CC:
- têm controle preciso de velocidade e de ajuste;
- possuem um custo elevado, dadas as características de precisão.
Motores CA:
- têm con�guração mais econômica em relação aos motores CC;
- utilizados, na maioria das vezes, por motores de indução de gaiola;
- estima-se que 90% dos motores fabricados são deste tipo.
Dessa forma, os motores elétricos de indução (CA) são os mais utilizados na
indústria, devido à distribuição de energia elétrica ser de CA. Além do fator
relacionado ao tipo de motor a ser utilizado, é importante entender os demais fatores
que melhor se adaptam à necessidade, tais como:
fonte de alimentação (frequência, tensão, outros);
situações ambientais (temperatura, periculosidade, outros);
condições de serviços (potência necessária, con�abilidade, ciclo de operação,
outros);
consumo e manutenção (análise do custo-benefício, outros).
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Os motores elétricos podem ser classi�cados em dois grandes grupos, como citado
anteriormente: motores de CC e motores de CA. Veja, na imagem a seguir, o
detalhamento dos principais tipos do grupo de motores de CA, visto que estes são os
de maior utilização nas indústrias.
Figura 1.1 — Detalhamentos dos motores CA
Fonte: Adaptado de Franchi (2013).
#PraCegoVer: a imagem ilustra as características principais dos motores de CA e a
subdivisão em monofásico, trifásico e universal. Na sequência de cada subdivisão, há
uma nova divisão entre assíncrono e síncrono, descrevendo a característica de cada uma
destas: no assíncrono monofásico, há um desdobramento à direita para rotor bobinado,
seguido de repulsão; à esquerda, segue para o sistema de gaiola de esquiço, seguindo
para split phase, capacitor permanente, polos sombreados, capacitor de valores e
terminando em capacitor de partida. Na parte do motor monofásico síncrono, segue para
relutância e histerese. À direita da imagem, temos o detalhamento do motor trifásico
assíncrono e síncrono: no assíncrono, à esquerda, segue sendo do tipo gaiola e anéis; no
motor trifásico síncrono, segue sendo de elementos de polos lisos, polos salientes e ímã
permanente. O tipo universal não apresenta detalhamentos e características.
Essencialmente, os motores do tipo trifásico com rotor de gaiola de esquilo, devido
aos próprios aspectos construtivos, são de maior utilização na indústria. Isso se deve
ao fato de que propiciam robustez e baixo custo de manutenção.
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Entendido o que são os motores elétricos de indução, seguimos com os conceitos de
dinâmica dos movimentos de translação e de rotação, bem como das cadeias
cinemáticas desses equipamentos. Vamos lá?
Translação e rotação
Um corpo rígido livre para se mover dentro de uma estrutura de referência, em geral,
terá um movimento complexo, que é uma combinação simultânea de movimentos de
rotação e de translação (NORTON, 2010). Em espaços tridimensionais, pode haver
rotação em torno de qualquer eixo (qualquer eixo de rotação ou um dos três eixos
principais) e translação simultânea, que pode ser dividida em componentes ao longo
de três eixos . Em um plano, ou espaço bidimensional, o movimento complexo
se torna a combinação simultânea de rotação em torno de um eixo (perpendicular ao
plano) e translação dividida entre componentes ao longo de dois eixos no plano.
Os movimentos de rotação e de translação representam movimentos independentes
de um corpo, ou seja, a existência de uma pode ocorrer sem que exista o outro.
Dessa forma, para entendimento da diferença entre rotação e translação, observe a
ilustração a seguir.
XYZ
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Figura 1.2 — Corpo rígido em um plano de duas dimensões (2D)
Fonte: Norton (2010, p. 44).
#PraCegoVer: a imagem ilustra um lápis posicionado em uma base, demonstrando um
ângulo θ do lápis em relação ao eixo x, das abcissas. Neste plano, consta a marcação
cartesiana em duas dimensões: eixos x e y.
Portanto, os termos e representam os componentes de translação de
movimento, e o termo , o componente de rotação.
Segundo Chapman (2013), essencialmente todas as máquinas elétricas giram em
torno do próprio eixo. Com essa natureza, o movimento rotacional é um elemento
básico para ser entendido, abordando os conceitos de distância, velocidade,
aceleração, Lei de Newton e potência.
Em análise, na extremidade do eixo de uma máquina, o sentido de rotação pode ser
horário ou anti-horário. Vamos considerar, por de�nição, que o ângulo no sentido
horário é negativo e, no sentido anti-horário, positivo.
Relacionado o conceito de movimento rotacional, há uma associação
correspondente no movimento retilíneo.
Posição angular : é o ângulo com o qual está orientado, como referência a
um ponto arbitrário. Utilizada, usualmente, em graus ou radianos, é o conceito
linear de distância ao longo de uma reta.
x y
θ
θ
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Velocidade angular : é a taxa de variação da posição angular em relação ao
tempo, sendo positiva no sentido anti-horário, cuja velocidade angular é o
análogo rotacional do conceito de velocidade em uma reta. Dessa forma, a
velocidadeangular é de�nida como a taxa de variação do deslocamento
angular em relação ao tempo, conforme equação a seguir.
Sendo a posição angular dada em radianos, a velocidade angular será dada em
.
Tratando de velocidade do eixo de um motor, além da utilização de , também
são frequentemente utilizadas unidades de rotação por segundo ( ) ou, até
mesmo, rotações por minuto ( ). Sendo assim, salientado por Chapman (2013),
as medidas de velocidade do eixo estão relacionadas conforme as equações a
seguir.
Sendo:
➢ : velocidade angular, expressa em rotações/revoluções por minuto ( ).
➢ : velocidade angular, expressa em rotações/revoluções por segundo ( ).
➢ : velocidade angular, expressa em radianos por segundo ( ).
Aceleração angular : é a taxa de variação da velocidade angular em relação
a um determinado período. É assumido o valor positivo, no caso de velocidade
angular crescente no sentido algébrico. É análogo rotacional do conceito de
aceleração de uma reta, de�nida pela equação a seguir.
ω
ω
θ
ω =         (1.1)
dθ
dt
rad/s
rad/s
rps
rpm
= 60         (1.2)nm fm
=         (1.3)fm
ωm
2π
nm rpm
fm rps
ωm rad/s
α
α =         (1.4)
dω
dt
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Sendo a unidade de velocidade angular dada em , a aceleração angular será
dada em .
Conjugado : em um movimento retilíneo, uma força aplicada a um
determinado objeto, altera a velocidade; sem essa força resultante, a
velocidade permanece constante. A variação da velocidade está diretamente
relacionada à força aplicada a esse objeto. Portanto, o conjugado é o que
podemos chamar de “força de fazer girar” de um objeto ou, em outras
palavras, o conjugado de um objeto é de�nido como o produto da força
aplicada ao objeto vezes a menor distância entre a reta de ação da força e o
eixo de rotação do objeto (CHAPMAN, 2013). Simpli�cando, se for um vetor
que aponta desde o eixo de rotação até o ponto de aplicação da força e se 
for a força aplicada, o conjugado pode ser descrito como:
Sendo que é o ângulo entre o vetor e o vetor . Assim, o sentido do conjugado
será horário se tender a realizar uma rotação horária, e anti-horária, com rotação anti-
horária.
No Sistema Internacional de Unidades, o SI, o conjugado é dado por Newton-metro (
) e libra-pé, no sistema inglês. Na imagem a seguir, há uma dedução da equação
do conjugado de um objeto.
rad/s
rad/s2
τ
r
F
τ = (força aplicada) (dist ncia perpendicular)â
τ = (F) (rsenθ)
τ = rFsenθ        (1.5)
θ r F
Nm
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Figura 1.3 — Dedução da equação do conjugado de um objeto
Fonte: Chapman (2013, p. 21).
#PraCegoVer: a imagem ilustra uma dedução matemática da rotação de um objeto no
sentido anti-horário, apresentando o posicionamento do raio ( ) em relação à força ( )
inserida na extremidade deste raio. Os ângulos dos vetores em relação ao centro deste
objeto, que pode ser relacionado ao eixo de um motor, também são ilustrados como 180°
e .
Dessa forma, os fatores apresentados nesta seção descrevem como a rotação e a
translação de um objeto são representadas no espaço tridimensional. É de grande
importância o entendimento das diferenças dessas propriedades, para que você
possa calcular a movimentação de uma máquina elétrica, bem como o tipo de
acionamento de partida adequado para cada �nalidade.
Cadeias cinemáticas
Um dos primeiros passos para a resolução de problemas de projeto de máquinas é
de�nir a con�guração cinemática necessária para fornecer os movimentos
desejados. Em geral, segundo Norton (2010), a análise de forças e de tensões não
pode ser feita até que questões sobre cinemática sejam solucionadas.
Qualquer máquina ou aparelho que se mova contém um ou mais
elementos cinemáticos como conexões, cames, engrenagens, correias ou
r F
θ
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correntes. A bicicleta, por exemplo, é um sistema cinemático que contém
uma transmissão por corrente que fornece a multiplicação do torque e
sistemas simples de freio a cabo. Um automóvel apresenta muito mais
exemplos de dispositivos cinemáticos. Os sistemas de direção, suspensão
e motor a pistão contêm conexões; as válvulas do motor são abertas por
sistemas de cames; e a transmissão possui muitas de engrenagens
(NORTON, 2010, p. 21).
Uma das principais características de um braço robótico industrial é a capacidade de
carga, que nada mais é do que o peso máximo que ele consegue movimentar sem
alteração na precisão do equipamento. Essa capacidade, segundo Carrara (2015), é
considerada a medida na posição com maior criticidade, ou seja, a posição de
máxima extensão do braço. Dessa forma, soluções são adotadas para aliviar o peso
do próprio manipulador e, consequentemente, aumentar a capacidade de carga, que
pode ser utilizada por meio de formas de cadeias cinemáticas fechadas ou
parcialmente fechadas.
Analisando os fatores em relação à robótica, por exemplo, dois conceitos de
cinemática são aplicados: direta ou inversa.
O dimensionamento de posicionamento de um equipamento elétrico por meio de
uma cadeia cinemática visa ao cálculo dos movimentos desejados do motor. Em
outras palavras, refere-se ao dimensionamento de elos e de articulações que estão
conectados entre si, promovendo movimentos controlados por meio de um
acionamento fornecido.
A cinemática direta está relacionada ao equacionamento que permite
encontrar o posicionamento e a orientação do efetuador (última
conexão de um robô), posteriormente ao momento em que são dados
os ângulos de juntas e a dimensão dos elos.
 
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Cálculo do momento de inércia
Para que seja possível entender o momento de inércia, precisamos compreender a
Lei de Newton da rotação.
De acordo com a Segunda Lei de Newton, na aplicação de uma força sobre um objeto
que contém determinada massa, este adquire uma aceleração. Para um corpo cujo
movimento é circular (rotação), a posição e a velocidade em função de variáveis
como o ângulo e a velocidade angular, além do raio da trajetória, podem ser
determinadas.
Para que um corpo rígido execute um movimento de rotação, faz-se
necessário analisar algumas características, como a localização e o estado
do eixo de rotação, os quais são essenciais para o estudo desse
movimento. Outra característica que se deve analisar é a distribuição de
massa do corpo que entrará em rotação, pois ela tem grande in�uência no
movimento. A grandeza que mede essa in�uência é chamada de momento
de inércia (MEDEIROS et al., 2021, p. 29).
Essa lei descreve que, para os objetos que se movem ao longo de uma linha de reta, é
descrita a relação entra a força que é aplicada a tal objeto e a aceleração resultante
dele, dada pela equação a seguir.
Em que:
➢ : força líquida resultante aplicada a um objeto ( ).
➢ : massa do objeto ( ).
➢ : aceleração do objeto ( ).
Ainda assim, a similaridade de uma equação descreve a relação entre o conjugado
aplicado a um objeto e a aceleração resultante dele, segundo Chapman (2013).
Assim, denomina-se essa relação como sendo a Lei de Rotação de Newton, dada
pela equação:
F = ma        (1.6)
F N
m kg
a m/s2
τ = Iα        (1.7)
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Em que:
➢ : conjugado líquido aplicado ( ).
➢ : momento de inércia do objeto ( ).
➢ : aceleração angular resultante ( ).
Em outras palavras, a equação relaciona o módulo do torque com a
aceleração angular e com a quantidade que representa a inércia rotacionaldo
objeto. A quantidade é conhecida como o momento de inércia do corpo, e a
 unidade dela no SI é .
É importante destacar que a Lei de Newton se aplica tanto a sistemas em rotação
quanto em translação e, no caso da Segunda Lei, apresentada na equação 1.6,
descreve o torque resultante em torno do centro de massa, conforme salienta Norton
(2010).
Essa grandeza física associada à inércia de rotação é chamada de momento de
inércia. Em similaridade a um corpo massivo que apresente uma tendência de
permanecer no estado inicial de movimento com uma velocidade constante, no caso
em que o somatório das forças atuantes é nulo, podemos salientar que existe uma
resistência à mudança no movimento rotacional. Sendo assim, essa resistência com
velocidade angular é denominada como momento de inércia do respectivo corpo.
Portanto, o momento de inércia se relaciona tanto com a massa quanto com o raio
da trajetória circular. Com a equação do momento de inércia, se faz possível calcular
o momento de qualquer corpo, ou seja, é equivalente à Segunda Lei de Newton para
objetos sujeitos a torque (MEDEIROS et al., 2021).
De forma mais ampla, a de�nição do posicionamento do eixo de rotação de motor
está relacionada com a distribuição da massa deste, facilitando o movimento
cinético. Assim, a interferência do posicionamento de cada partícula do corpo no
movimento de rotação pode ser observada no cálculo de energia cinética de rotação,
conforme representação do cálculo a seguir.
τ Nm
I kgm2
α rad/s2
τ = Ia τ
α I
I
kgm2
K = .       (1.8)
1
2
∑
i=1
n
mir
2
i ωi
2
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Em que:
➢ : energia cinética de rotação, dada em Joule ( ).
➢ : massa da partícula .
➢ : distância radial da partícula.
➢ : velocidade angular da partícula.
Quando observado o produto da Equação 1.8, é demonstrada uma importante
posição de cada partícula em relação ao eixo de rotação na energia cinético do
momento. No entanto, devido à grande contribuição da localização dessa energia, o
produto pode ser denotado como momento de inércia, conforme equação a seguir.
Em outras palavras:
O momento de inércia, ou inércia rotacional, representa a resistência do
corpo em alterar seu estado no movimento de rotação. Um corpo que está
em movimento de rotação tende a permanecer nesse movimento, a menos
que sofra a ação de uma força externa. É possível comparar o
comportamento do momento de inércia no movimento de rotação com o
comportamento da massa no movimento linear (MEDEIROS et al., 2021, p.
29).
Observe, a seguir, as equações da energia cinética de um movimento linear e de um
movimento de rotação.
Sendo assim, a massa de um ponto material oferece resistência à mudança de
estado no movimento linear, assim como o momento de inércia de um corpo rígido e
extenso, referente à mudança de estado no movimento de rotação.
O momento de inércia, descrito por Norton (2010), é um indicador da habilidade do
corpo de armazenar energia cinética rotacional e um indicador da quantidade de
torque necessária para acelerar o movimento rotacional de um corpo. Exceto se for
K J
mi i
ri
ωi
mir
2
i
I =       (1.9)mir2i
K = m ;K = I       (1.10)
1
2
v2
1
2
ωi
2
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um projeto de um dispositivo com a �nalidade de estocar e transferir uma grande
quantidade de energia (prensas de estampagem, martelos mecânicos, martelos
trituradores de rochas etc.), é desejado minimizar os momentos de inércia das peças
girantes.
O momento de inércia de massa do elemento diferencial é igual ao produto da massa
dele pelo quadrado da distância em relação ao eixo de interesse.
Fonte: injenera / 123RF.
Alguns componentes elétricos utilizados no comando do acionamento de motores
de indução são indispensáveis no planejamento estrutural de um sistema. Um
exemplo disso é o relé térmico, cuja função é proteger o equipamento motor de uma
sobrecorrente, mitigando o superaquecimento da carga.
Segundo Franchi (2013), a sobrecarga é um defeito que se produz mais
frequentemente nas máquinas, que pode ser de�nida como uma situação que leva a
superaquecimento por perda de Joule, e os materiais utilizados somente a suportam
até um determinado valor e por tempo limitado.
Componentes de comandos elétricos
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O relé de sobrecarga pode ser de�nido como um dispositivo de proteção
cuja operação é baseada em um método indireto de detecção de
sobrecarga em motores, em que é criado um modelo térmico do motor a
ser protegido por um elemento térmico. Um relé térmico tripolar tem três
bimetálicos, sendo cada um deles constituído por dois metais unidos por
laminação com diferentes coe�cientes de dilatação e um enrolamento de
aquecimento em volta de cada bimetálico. Cada um dos enrolamentos de
aquecimento está ligado em série com uma das fases do motor. O
aquecimento dos enrolamentos provoca uma deformação nos bimetálicos
(FRANCHI, 2013, p. 128).
O momento de inércia possui uma energia cinética que está associada ao
movimento de rotação, como descrito nesta seção. Esta é uma grandeza física da
mecânica clássica, dada em , cuja distância da massa do objeto em relação ao
eixo do motor in�uencia diretamente a força necessária para o movimento de
rotação.
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Os motores elétricos são muito utilizados no mundo, principalmente nas indústrias.
Desempenham um papel fundamental na economia e são responsáveis pela
produção em escala de muitos produtos. Dessa forma, descreva os motores
elétricos e, de forma mais ampla, como eles são classi�cados.
PETRUZELLA, F. D. Motores elétricos e acionamentos. Porto Alegre: Bookman,
2013.
Marque a alternativa correta que responda a esta questão.
kgm2
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a) O motor é um equipamento conectado à rede de energia elétrica e tem o
propósito de converter energia mecânica em elétrica. Ele pode ser
classi�cado em gerador síncrono ou assíncrono.
b) Um motor elétrico converte energia elétrica em energia mecânica,
utilizando campos hidráulicos que interagem entre si. São utilizados para
ações básicas de movimentações de carga, em operações em diferentes
áreas, sendo classi�cados pela quantidade de Graus de Liberdade (GdL) que
possuem.
c) Um motor elétrico converte energia rotacional em energia elétrica,
utilizando campos estáticos que interagem entre si. São utilizados para uma
ampla variedade de operações em diferentes áreas, sendo do tipo
hidráulico, pneumático ou elétrico.
d) Um motor elétrico converte energia elétrica em energia mecânica,
utilizando campos magnéticos que interagem entre si. Motores são
utilizados para uma ampla variedade de operações em diferentes áreas,
sendo do tipo CC, universal ou de CA.
e) O motor é um equipamento conectado à rede de energia elétrica e tem o
propósito de converter energia mecânica em elétrica. Ele pode ser
classi�cado em motor de partida direta e de partida indireta.
Dinâmica de Partida
dos Motores Elétricos
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Um dos momentos mais importantes e críticos de um sistema de acionamento de
um motor elétrico é a partida. Observa-se que, neste instante, há uma necessidade de
corrente elétrica muito superior à da normalidade de operação.
As correntes de partida, segundo Mohan (2015), são principalmente limitadas pelas
indutâncias de dispersão do estator e do rotor e podem ser de seis a oito vezes a
correntenominal do motor. Na partida, a velocidade do rotor é zero, por isso a
velocidade de escorregamento é igual à velocidade síncrona . Dessa
forma, se faz necessária a aplicação de tensões com baixa frequência, mantendo
valor baixo e mitigando altas correntes de partida, objetivo principal da partida de
motores elétricos.
Essencialmente, quando um motor é energizado, esse equipamento funciona como
um transformador, com o secundário em curto-circuito, o que exige, da rede de
distribuição de energia elétrica, uma corrente muito superior que a nominal de
operação. Importante salientar que correntes de partida elevadas causam uma série
de inconvenientes, tais como o superdimensionamento de condutores de
alimentação, ocorrências momentâneas de queda do fator de potência, elevação da
temperatura dos motores, dentre outros fatores.
Dado esse contexto, observa-se a necessidade de compreensão sobre as técnicas de
acionamento empregadas nos motores elétricos rotativos, segundo Miyamoto
(2020). Na ausência de qualquer elemento de controle de velocidade, esses motores
operam com velocidade constante.
Um dos instantes mais críticos é a partida de motores elétricos, pois nesse
momento, os motores solicitam uma corrente muito maior do que em
serviço contínuo, devido à mudança de um estado de inércia do motor. A
isso chamamos de pico de corrente. No instante da partida, essa corrente
costuma variar na faixa de seis a oito vezes a corrente nominal do motor. A
amplitude e o tempo do pico da corrente inicial dependem das condições
de partida. Se for uma partida sob carga, o pico será maior do que se for
em vazio. Pode-se chegar até dez vezes do valor normal. Essa alta corrente
pode até disparar os dispositivos de proteção dos circuitos e comandos.
Além disso, sobrecarrega a rede alimentadora de uma forma prejudicial
(FRANCHI, 2013, p. 154).
Para evitar as altas correntes na partida, existem métodos de acionamentos de
motores elétricos que proporcionam uma redução no valor da corrente de partida
ωm
ωesco ωsin
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dessas máquinas, tais como:
partida estrela-triângulo;
partida com autotransformador;
partida com soft-starter.
No que tange ao tipo de partida de motores, vamos descrever como são
caracterizadas as partidas diretas e indiretas dos motores de indução.
Partida direta
A partida direta é a maneira de acionamento simples de uma máquina elétrica de
indução. Para este tipo de partida, o acionamento de um motor de indução trifásico
consiste na ligação das três fases diretamente ao motor, o que resulta em um pico
de corrente. Essa técnica deve ser executada sempre que possível; porém, por
determinação da concessionária de distribuição de energia elétrica, só podem ser
acionados motores abaixo de 10 CV de potência em instalações industriais
(FRANCHI, 2013).
Portanto, chamamos de partida direta a ação de ligar as bobinas do motor na fonte
de corrente elétrica alternada, realizada de forma a garantir a segurança do sistema,
por meio dos comandos elétricos.
No caso, essa partida direta nos motores deve ser utilizada nas seguintes situações:
baixa potência do motor, limitando as perturbações originadas pelo pico de
corrente elétrica;
quando a máquina movimentada não necessita de aceleração progressiva e
está equipada com dispositivo mecânico redutor, evitando uma rápida partida
desta;
quando o conjugado de partida for elevado.
Portanto, a partida direta possui vantagens e desvantagens, segundo Franchi (2013),
conforme descrição a seguir.
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Vantagens:
- simplicidade de construção em projetos deste tipo de equipamento;
- conjugado elevado de partida;
- velocidade rápida de partida;
- baixo custo.
Desvantagens:
- expressiva queda de tensão elétrica na rede de distribuição de energia
elétrica da concessionária, gerando interferências nos equipamentos
conectados a esta;
- necessidade de superdimensionar os sistemas e os cabos de acionamentos,
o que gera elevação no custo do sistema como um todo;
- limitações nos valores de queda de tensão, conforme normativas técnicas
da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) para as concessionárias de
energia elétrica.
Na Figura 1.4, a seguir, é ilustrado o diagrama de comando com o diagrama de força
da chave de partida direta.
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Figura 1.4 — Diagramas de força e de comando de uma partida direta
Fonte: Franchi (2013, p. 157).
#PraCegoVer:  à esquerda, a imagem ilustra um diagrama de força de uma chave de
partida direta de um motor de indução. Chaves do tipo Normalmente Abertas (NA) e
Normalmente Fechadas (NF) são apresentadas para representação do �uxo do diagrama,
que está conectado na rede de energia elétrica. À direita, a imagem de uma simpli�cação
do comando de uma partida direta. Nesta, as três fases são apresentadas (L1, L2 e L3),
conectadas a um sistema de proteção (fusíveis) e, posteriormente, ligadas ao motor
trifásico.
No diagrama de força ilustrado à direita da Figura 1.4,
as três fases L1, L2 e L3 são protegidas por um fusível por fase (FI, F2, F3),
sendo ligadas então ao contator Kl, que está diretamente acoplado ao relé
térmico FT 1, que interliga os cabos até o motor. Na representação do
diagrama de comando, à esquerda, há uma alimentação (L-N) e a energia
vem através dessa fase que está protegida por um fusível e, logo abaixo,
está representado um contato do relé térmico (95/96-FTI) que interrompe o
circuito no caso de uma falha (FRANCHI, 2013, p. 156).
Dessa forma, pode-se descrever que o circuito funciona da seguinte maneira:
pressionando o botão de impulso S1, ocorre a energização da bobina do contator K1,
fechando o contator 13/14 K1, selando o contator K1 com o contator fechado. A
alimentação do motor com as três fases ocorre em paralelo com o contator 13/14
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K1, havendo sinalização (H1) indicando o fechamento do contator. Pressionado o
botão de impulso S0, o circuito da bobina do contator K1 é desligado e
desenergizado.
Partida indireta
Partidas indiretas são técnicas utilizadas de modo a mitigar os elevados valores de
corrente de partida em máquinas elétricas rotativas. Dentre os mais usuais, podemos
citar a partida estrela-triângulo, a chave compensadora e as partidas eletrônicas
(soft-starters e inversores de frequência) (MIYAMOTO, 2020).
Em outras palavras, diferente da partida direta, outro método de ativação de motores
é a partida indireta, cujo objetivo é a redução do pico inicial de corrente elétrica.
Basicamente, consiste na ligação do motor de modo a limitar a corrente elétrica no
início, até que o motor saia da inércia. Posteriormente, muda-se a ligação das
bobinas com comandos elétricos, resultando na passagem da corrente elétrica total
no motor, fazendo com que este desenvolva a rotação nominal, evitando, assim, esse
pico de corrente.
Um dos métodos mais comuns de partida indireta é a partida em estrela-triângulo,
porém existem outros tipos de partidas indiretas importantes:
partida estrela-triângulo;
partida por autotransformador;
partida por aceleração rotórica;
partida eletrônica (soft-starter).
Dessa forma, é importante salientar que, no sistema de partida indireta, o objetivo
principal é sempre a redução da corrente elétrica de partida. Para isso, considera-se a
redução da tensão elétrica no motor elétrico trifásico.
Curvas de conjugado X velocidade
Dependendo da carga mecânica que necessita ser acionada, existe uma curva de
conjugado resistente que está associada ao sistema. Em cargas deventilação, em
exemplo citado por Franchi (2013), o conjugado resistente é proporcional ao
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quadrado da velocidade. Em guindastes, tralhas e pontes rolantes, citados como
outros exemplos, esse conjugado é praticamente constante. Nessas situações,
ocorre o aumento de torque na região próxima do repouso.
No grá�co da Figura 1.5, uma curva de torque em relação à velocidade é
apresentada.
Figura 1.5 — Torque X velocidade para um motor trifásico
Fonte: Franchi (2013, p. 61).
#PraCegoVer: a imagem ilustra um grá�co que contém duas curvas de dados,
apresentando as rotações por minuto no eixo x e o torque no eixo y. A área entre as
curvas, desde o ponto inicial até a intersecção destas, é descrita como o conjugado
acelerante do exemplo utilizado, sendo, então, uma curva característica.
De acordo com a Figura 1.5, o ponto de operação do motor ocorre na intersecção da
curva de conjugado do motor com a curva do conjugado resistente da carga,
descrevendo a velocidade nominal do motor com o escorregamento nominal deste.
O conjugado acelerante apresentado no grá�co é o responsável pela aceleração do
motor na fase da partida, sendo similar à diferença do conjugado do motor com o
conjugado resistente.
No ponto de operação, o conjugado acelerante é nulo, pois os conjugados
do motor e resistente são iguais. Assim, o motor não varia a velocidade.
Quando a tensão do motor é menor que a tensão aplicada, por exemplo,
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quando usamos uma chave de partida com redução de tensão, como a
estrela-triângulo, a curva do conjugado do motor desce o eixo do torque e é
possível interceptar a curva do conjugado resistente precocemente, o que
de�ne o ponto de operação do motor em velocidade bem menor do que a
esperada. O resultado disso é que, quando a tensão nominal do motor for
aplicada, haverá uma nova reaceleração do motor até o ponto de partida
nominal. Nessas condições, a chave não está adequada à partida do
motor. Além disso, com a redução do conjugado do motor, o conjugado de
aceleração também se reduz, acarretando maior tempo de partida
(FRANCHI, 2013, p. 61).
O motor de indução tem conjugado igual a zero na velocidade síncrona, segundo o
Guia de Especi�cações da WEG (2021). À medida que ocorre o aumento da carga, a
rotação desse motor é reduzida gradativamente, resultando em um conjugado de
valor máximo que o motor é capaz de desenvolver, em rotação normal. Se ocorrer
ainda mais o aumento do conjugado da carga, o resultado será a trava do motor pela
ação abrupta de queda na velocidade do eixo.
A Figura 1.6 apresenta um grá�co da variação do conjugado com a velocidade para
um motor normal.
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Figura 1.6 — Curva conjugado X rotação
Fonte: Guia… (2021, p. 25).
#PraCegoVer: a imagem ilustra um grá�co com a curva do conjugado em relação à
rotação do eixo de um motor. Na curva do % conjugado em relação à rotação e em
relação ao tempo, são apresentados cinco pontos importantes: conjugado de rotor
bloqueado, conjugado mínimo, conjugado máximo, escorregamento, conjugado nominal e
rotação nominal, com o conjugado em valor zero.
Quando se analisa uma partida por meio de um autotransformador, é possível
descrever que este possui um núcleo magnético plano formado por três colunas de
chapas de aço silício fechadas no topo.
Três enrolamentos estão localizados nas colunas. Os terminais inferiores
desses enrolamentos são conectados em Y, formando um centro que é
suspenso. Ao longo do enrolamento do autotransformador são feitos TAPS
operacionais nas alturas das tensões de 50%, 65% e 80% da tensão
aplicada na fase. São colocados sensores (sondas térmicas) que
acompanham o crescimento da temperatura dos enrolamentos do
autotransformador e impedem o acionamento se a sua temperatura
ultrapassar determinado valor. Desta forma, o conjugado motor da
máquina acionada e a corrente que circula no enrolamento do motor �cam
reduzidos por fatores correspondentes ao TAP escolhido para a operação
(FRANCHI, 2013, p. 170).
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Diante desse fator, a corrente ao longo do processo de partida do motor é reduzida
em função da aplicação de tensão inferior à nominal dos terminais.
Consequentemente, o conjugado também é reduzido, e a curva característica
conjugado versus rotação apresenta uma curva menor que a curva de tensão
nominal.
Nos grá�cos da Figura 1.7, são apresentados os comportamentos da corrente de
partida da chave compensadora em relação à partida direta.
Figura 1.7 — Conjugado de partida da chave compensadora
Fonte: Franchi (2013, p. 171).
#PraCegoVer: a imagem ilustra um grá�co, à esquerda, representando o comportamento
da corrente elétrica de partida de uma chave compensadora comparando-a com a partida
direta. Assim, é ilustrada uma comparação da corrente elétrica, no eixo y, em relação ao
percentual de partida. No grá�co à direita da imagem, são ilustradas curvas conjugadas
em relação ao percentual de partida, comparando a partida direta com a partida por meio
de uma chave compensadora.
Portanto, a redução das tensões aplicadas no motor de acordo com o TAP deste é de
42% quando utilizado o TAP 65% e de 64% quando utilizado o TAP de 80%. Sendo
assim, essa chave compensadora pode ser utilizada sob motores de carga, com
tensão única ou com conexão através de três cabos (FRANCHI, 2013).
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Segundo a descrição de�nida pelo Guia de Especi�cações da WEG (GUIA…, 2021), o
conjugado (também chamado torque ou momento) é a medida do esforço
necessário para que um eixo tenha uma rotação. Como exemplo, podemos observar
que, para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços de
água, a força que é preciso aplicar à manivela depende do comprimento desta.
Sendo assim, quanto maior a manivela, menor será a força necessária para a
rotação. Da mesma forma, se houver a duplicação do tamanho da manivela, a
força necessária será diminuída à metade.
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Figura 1.8 — Conjugado
Fonte: Guia… (2021, p. 7).
#PraCegoVer: a imagem ilustra um exemplo de aplicação da teoria de conjugado para
extrair a água de um poço. A imagem apresenta um balde que pesa 20 N, suspenso por
uma corda enrolada em um cilindro de 20 cm de diâmetro; uma manivela está conectada
na extremidade direita do cilindro. Neste exemplo, portanto, os valores de�nidos para a
força e para o comprimento da manivela alteram o resultado do conjugado.
O conjugado pode ser de�nido, simpli�cadamente, como uma força que atua sobre
uma alavanca. Assim, o esforço necessário para a rotação de um eixo necessita da
distância do centro do eixo e da força para a transmissão ou recepção.
1. conteúdo do item 1: Eu mi bibendum neque egestas congue quisque
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2. conteúdo do item 2: Eu mi bibendum neque egestas congue quisque
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De�nição do que é uma partida direta de um motor elétrico de indução.
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3. conteúdo do item 3: Eu mi bibendum neque egestas congue quisque
egestas diam in.
Os vetores que desempenham um papel importante na física são a velocidade e a
aceleraçãoem movimento. Embora velocidade e aceleração não representem
distâncias, de modo similar à posição ou ao deslocamento de um objeto, a
magnitude e a direção podem, ainda, ser representadas pelo comprimento e pela
direção de um vetor (FRANCHI, 2013).
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
As correntes elétricas de partida elevadas causam uma série de problemas
considerados inconvenientes ao sistema, tais como o superdimensionamento de
condutores de alimentação, ocorrências momentâneas de queda do fator de
potência, elevação da temperatura dos motores e alguns outros fatores que
impactam, tecnicamente e economicamente, um setor industrial, por exemplo.
FRANCHI, C. M. Acionamentos elétricos. São Paulo: Erica, 2013.
Marque a alternativa correta, que descreve as vantagens de aplicação de partida
direta e indireta no acionamento de motores elétricos de indução.
a) As vantagens de utilização de partida direta em acionamento de motores
elétricos de indução são: custo reduzido, implementação simpli�cada e alto
torque na partida. Em relação à partida indireta, as vantagens são: maior
vida útil dos motores, não necessidade de superdimensionamento dos
condutores dos motores e redução do custo de energia elétrica devido à
mitigação do pico de energia elétrica.
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b) As vantagens de utilização de partida direta em acionamento de motores
elétricos de indução são: maior e�ciência elétrica e permitir uma partida
suave do motor. Em relação à partida indireta, as vantagens são: custo
reduzido, corrente nominal próxima à corrente de partida e elevação ao
máximo desempenho do motor.
c) As vantagens de utilização de partida direta em acionamento de motores
elétricos de indução são: custo reduzido, implementação simpli�cada e alto
torque na partida. Em relação à partida indireta, as vantagens são: maior
vida útil dos motores e não necessidade de superdimensionamento dos
condutores dos motores.
d) As vantagens de utilização de partida direta em acionamento de motores
elétricos de indução são: motor mais simpli�cado e redução da tensão
elétrica para o acionamento. Em relação à partida indireta, as vantagens
são: maior vida útil dos condutores elétricos, alto torque de partida e
simpli�cação na implementação.
e) As vantagens de utilização de partida direta em acionamento de motores
elétricos de indução são: tensão reduzida, implementação simpli�cada e
menor velocidade angular de partida. Em relação à partida indireta, as
vantagens são: maior vida útil dos motores, aumento da tensão elétrica e
redução da corrente elétrica dos condutores dos motores.
Controle de
Velocidade de
Motores
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Os acionamentos de um motor elétrico de indução são utilizados nos controles de
processos industriais, responsáveis pelo ajuste da velocidade de ventiladores, de
bombas e de outros equipamentos. Os acionamentos de motores de indução de
velocidade ajustável, também são aplicados em tração elétrica e no controle de
movimento em fábricas automatizadas (MOHAN, 2015).
A Figura 1.9 descreve um diagrama de blocos do acionamento de um motor de
indução de velocidade ajustável.
Figura 1.9 — Diagrama de blocos de um acionamento do motor de indução
Fonte: Mohan (2015, p. 200).
#PraCegoVer: a imagem ilustra um diagrama com cinco blocos que descrevem o �uxo de
um processo de acionamento de motor elétrico de indução, passível de ajuste de
velocidade. O processo se inicia com a entrada de tensão elétrica senoidal, passando
para o bloco de processamento de potência; em seguida, conecta-se no motor de indução
que está conectado à carga. Com a conexão posterior de um sensor, as informações são
direcionadas a um controlador que está conectado à entrada da unidade de
processamento, para um novo ciclo.
A entrada pode ser monofásica ou trifásica. A alimentação da rede é convertida pelo
que é de�nido como Unidade de Processamento de Potência (UPP), para tensões
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trifásicas de magnitudes e frequências apropriadas, com base na entrada do
controlador.
Na maioria dos acionamentos de velocidade ajustável (AVAs) para
propósitos gerais, a velocidade não é medida; por essa razão, o bloco do
sensor de velocidade e sua entrada ao controlador são mostrados com
linhas tracejadas. E possível ajustar a velocidade do motor de indução
controlando apenas a magnitude das tensões na frequência de linha
aplicadas ao motor. Para este propósito, um circuito a tiristores, similar ao
de uma soft-starter. Mesmo que seja simples e de baixo custo para ser
implementado, esse método é extremamente ine�ciente em termos de
energia, se a velocidade necessita ser variada em uma ampla faixa.
Também há outros métodos para controlar a velocidade, mas eles
requerem motores de indução de rotor bobinado (MOHAN, 2015, p. 200).
Os controles de velocidade dos motores são características muito presentes nos
motores DC. Esse fator faz com que estes sejam muito utilizados quando se exige
um alto grau de precisão. Ou seja, “os motores de corrente contínua, apesar de seu
custo elevado, passaram a constituir alternativa em uma série de aplicações que
necessitem deste tipo de ajuste �no de velocidade” (FRANCHI, 2013, p. 18).
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Os motores com rotor bobinado, por exemplo, têm um enrolamento composto de três
bobinas, semelhantes ao estator do motor, ligadas em estrela. Dessa forma, além de
diferentes rotores, há muitos tipos de enrolamentos de estatores destes, cuja
�nalidade é obter várias velocidades de regime para o mesmo motor (FRANCHI,
2013).
 
Objetivos do acionamento de um motor elétrico de indução
1. Administração de empresas: Eu mi bibendum neque egestas congue quisque
egestas diam in.
2. Juros compostos: Eu mi bibendum neque egestas congue quisque egestas diam
in.
3. Impostos: Eu mi bibendum neque egestas congue quisque egestas diam in.
4. Recursos Humanos: Eu mi bibendum neque egestas congue quisque egestas
diam in.
Estudante, veja, no infográ�co a seguir, a composição de um motor de indução
trifásico.
 
Composição de um motor de indução trifásico
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#PraCegoVer: o infográ�co nos apresenta a composição de um motor de indução
trifásico. Vemos a ilustração de um motor, nas cores azul e cinza, com detalhes em
vermelho e amarelo. Existem, ao redor do motor, círculos menores, na cor roxa,
numerados de 1 a 12. Ao clicar em cada um dos círculos, abre-se, na tela, uma janela pop-
up indicando a que parte do motor àquele círculo se refere. Ao clicarmos no círculo 1,
abre-se, na tela, o seguinte texto: “Carcaça: é a estrutura suporte do conjunto de
construção, feita de ferro fundido, aço ou alumínio injetado, robusta, resistente à corrosão
e normalmente com aletas”. Ao clicarmos no círculo 2, abre-se, na tela, o seguinte texto:
“Núcleo de chapas (estator): as chapas são de aço magnético”. Ao clicarmos no círculo 3,
abre-se, na tela, o seguinte texto: “Núcleo de chapas (rotor): as chapas possuem as
mesmas características das chapas do estator”. Ao clicarmos no círculo 4, abre-se, na
tela, o seguinte texto: “Tampa: parte de componentes do motor trifásico”. Ao clicarmos no
círculo 5, abre-se, na tela, o seguinte texto: “Ventilador: parte de componentes do motor
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trifásico”. Ao clicarmos no círculo 6, abre-se, na tela, o seguinte texto: “Tampa de�etora:
parte de componentes do motor trifásico”. Ao clicarmos no círculo 7, abre-se, na tela, o
seguinte texto: “Eixo: transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor”. Ao
clicarmos no círculo 8, abre-se, na tela, o seguinte texto: “Enrolamento trifásico: três
conjuntos iguais de bobinas, uma para cada fase, formando um sistema trifásico
equilibrado e ligado à rede trifásica de alimentação”. Ao clicarmos no círculo 9, abre-se, na
tela, o seguinte texto: “Caixa de ligação: transmite a potência mecânica desenvolvida pelo
motor”. Ao clicarmos no círculo 10, abre-se, na tela, o seguinte texto: “Terminais:
transmitem a potência mecânica desenvolvida pelo motor”. Ao clicarmos no círculo 11,
abre-se, na tela, o seguinte texto: “Rolamentos: transmitem a potência mecânica
desenvolvida pelo motor”. Ao clicarmos no círculo 12, abre-se, na tela, o seguinte texto:
“Barras e anéis de curto-circuito: são feitas de alumínio injetado sob pressão em uma
única peça”.
Vamos então, praticar o cálculo de conjugado para o trabalho de elevação de uma
carga especí�ca.
praticar
Vamos Praticar
O torque, que também é chamado de conjugado, é a medida de esforço necessário
para o movimento rotacional do eixo do motor. Frequentemente, é confundido com
força, que é um dos componentes do torque. Considerando que o torque é o
produto da força tangencial pela distância radial do eixo no qual esta força é
aplicada, qual seria o conjugado para a movimentação de uma carga de massa de
30 kg, usando-se um motor elétrico com polia de raio igual a 50 cm? Observação:
utilizar a aceleração gravitacional de .9, 81m/s2
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Com a compreensão da composição de um motor trifásico, você poderá entender o
funcionamento básico de um motor de indução e, posteriormente, observando
características especí�cas descritas pelos fabricantes, realizar um planejamento
e�ciente no acionamento desse equipamento.
praticar
Vamos Praticar
Tem-se um motor de indução de dois polos que operam em uma frequência de 60
Hz e fornece uma velocidade de . Portanto, calcule o escorregamento e o
conjugado induzindo, sabendo-se que o conjugado é , em que é a
potência de saída medida em watts, e é a velocidade do rotor descrita em
.
3.520rpm
τ = Pout
ωt
Pout
ωt
rad/s
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Material
Complementar
W E B
Momento de inércia — como calcular
Ano: 2020
Comentário: Neste vídeo, você poderá entender como calcular o
momento de inércia para diferentes seções. Ele aborda uma
sistemática simpli�cada da contextualização da física, o que o
auxiliará na compreensão desse fator importante relacionado ao
acionamento dos motores elétricos de indução.
Para conhecer mais sobre o �lme, acesse:
ACESSAR
https://www.youtube.com/watch?v=pahlBVnrWHQ
15/05/2023, 15:20 E-book
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L I V R O
Motores elétricos e acionamentos
Autor: Frank D. Petruzella
Editora: Bookman
Capítulo: 5
Ano: 2013
ISBN: 9788580552584
Comentário: Neste capítulo, são apresentados os conceitos
básicos envolvendo motores elétricos. O entendimento do
eletromagnetismo, dos tipos de motores (CC e CA) e das
estruturas deles, bem como das variações de velocidades de
rotação, é aprofundado neste capítulo. A leitura lhe permitirá
saber como é a concepção de um motor elétrico de indução,
facilitando o tipo de aplicação de acionamento com maior
e�ciência energética.
15/05/2023, 15:20 E-book
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Conclusão
Na jornada que descrevemos até o presente momento, foi possível demonstrar como
surgiram os acionamentos elétricos e como eles funcionam. A de�nição de máquina
elétrica (mais especi�camente, motores e indução) e a compreensão das características e
do histórico dela são fundamentais para que a aplicação desta seja correta, conforme uma
determinada função. A abordagem do funcionamento e dos componentes necessários
para a partida desses equipamentos, bem como dos tipos e da avaliação do
comportamento da velocidade até a operação normalizada, traz, como resultado, uma
probabilidade de economia de energia e, consequentemente, de redução dos custos
associados à utilização da energia elétrica. O conhecimento das cadeias cinemáticas
auxilia na análise de um sistema de motores voltado à robótica, por exemplo.
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