MVI001_Conversao Eletromecanica da Energia_PDF_FINALIZADO

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CONVERSÃO 
ELETROMECÂNICA DA 
ENERGIA
GRUPO
MULTIVIX
A Faculdade Multivix está presente de norte 
a sul do Estado do Espírito Santo, com 
unidades em Cachoeiro de Itapemirim, 
Cariacica, Castelo, Nova Venécia, São 
Mateus, Serra, Vila Velha e Vitória. Desde 
1999 atua no mercado capixaba, destacan-
do-se pela oferta de cursos de graduação, 
técnico, pós-graduação e extensão, com 
qualidade nas quatro áreas do conheci-
mento: Agrárias, Exatas, Humanas e Saúde, 
sempre primando pela qualidade de seu 
ensino e pela formação de profissionais 
com consciência cidadã para o mercado 
de trabalho. Atualmente, a Multivix está 
entre o seleto grupo de Instituições de 
Ensino Superior que possuem conceito de 
excelência junto ao Ministério da Educação 
(MEC). Das 2109 instituições avaliadas no 
Brasil, apenas 15% conquis - taram notas 
4 e 5, que são consideradas conceitos de 
excelência em ensino. Estes resultados 
acadêmicos colocam todas as unidades da 
Multivix entre as melhores do Estado do 
Espírito Santo e entre as 50 melhores do 
país. 
MISSÃO 
Formar profissionais com consciência 
cidadã para o mercado de trabalho, com 
elevado padrão de qualidade, sempre 
mantendo a credibilidade, segurança e 
modernidade, visando à satisfação dos 
clientes e colaboradores. 
VISÃO 
Ser uma Instituição de Ensino Superior 
reconhecida nacionalmente como refe-
rência em qualidade educacional.
2
APRESENTAÇÃO 
DA DIREÇÃO 
EXECUTIVA
Aluno (a) Multivix,
Estamos muito felizes por você agora fazer parte 
do maior grupo educacional de Ensino Superior 
do Espírito Santo e principalmente por ter esco-
lhido a Multivix para fazer parte da sua trajetória 
profissional.
A Faculdade Multivix possui unidades em Cacho-
eiro de Itapemirim, Cariacica, Castelo, Nova 
Venécia, São Mateus, Serra, Vila Velha e Vitória. 
Desde 1999, no mercado capixaba, destaca-se 
pela oferta de cursos de graduação, pós-gradu-
ação e extensão de qualidade nas quatro áreas 
do conhecimento: Agrárias, Exatas, Humanas e 
Saúde, tanto na modalidade presencial quanto 
a distância.
Além da qualidade de ensino já comprovada 
pelo MEC, que coloca todas as unidades do 
Grupo Multivix como parte do seleto grupo das 
Instituições de Ensino Superior de excelência no 
Brasil, contando com sete unidades do Grupo 
entre as 100 melhores do País, a Multivix preo-
cupa-se bastante com o contexto da realidade 
local e com o desenvolvimento do país. E para 
isso, procura fazer a sua parte, investindo em 
projetos sociais, ambientais e na promoção de 
oportunidades para os que sonham em fazer 
uma faculdade de qualidade mas que precisam 
superar alguns obstáculos. 
Buscamos a cada dia cumprir nossa missão que 
é: “Formar profissionais com consciência cidadã 
para o mercado de trabalho, com elevado padrão 
de qualidade, sempre mantendo a credibilidade, 
segurança e modernidade, visando à satisfação 
dos clientes e colaboradores.”
Entendemos que a educação de qualidade 
sempre foi a melhor resposta para um país 
crescer. Para a Multivix, educar é mais que 
ensinar. É transformar o mundo à sua volta.
Seja bem-vindo!
-
R E I T O R
APRESENTAÇÃO
DA DIREÇÃO
EXECUTIVA
Aluno(a) Multivix,
Estamos muito felizes por você agora fazer parte do 
maior grupo educacional de Ensino Superior do Espírito 
Santo e principalmente por você ter escolhido a Multi-
vix para fazer parte da sua trajetória profissional.
A Faculdade Multivix possui unidades em Cachoeiro 
de Itapemirim, Cariacica, Castelo, Nova Venécia, São 
Mateus, Serra, Vila Velha e Vitória. Desde 1999, no 
mercado capixaba, destaca-se pela oferta de cursos 
de graduação, pós-graduação e extensão de quali-
dade nas quatro áreas do conhecimento: 
Agrárias, Exatas, Humanas e Saúde, tanto na 
modalidade presencial quanto a distância.
Além da qualidade de ensino já comprovada 
pelo MEC, que coloca todas as unidades do 
Grupo Multivix como parte do seleto grupo das 
Instituições de Ensino Superior de excelência no 
Brasil, contando com sete unidades do Grupo 
entre as 100 melhores do País, a Multivix 
preocupa-se bastante com o contexto da 
realidade local e com o desenvolvimento do 
país. E para isso, procura fazer a sua parte, 
investindo em projetos sociais, ambientais e na 
promoção de oportunidades para os que 
sonham em fazer uma faculdade de qualidade 
mas que precisam superar alguns obstáculos. 
Buscamos a cada dia cumprir com nossa missão que 
é: “Formar profissionais com consciência cidadã para 
o mercado de trabalho, com elevado padrão de quali-
dade, sempre mantendo a credibilidade, segurança e 
modernidade, visando à satisfação dos clientes e
colaboradores.”
Entendemos que a educação de qualidade sempre foi 
a melhor resposta para um país crescer. Para a Multi-
vix, educar é mais que ensinar. É transformar o 
mundo à sua volta.
Seja bem-vindo!
Prof. Tadeu Antônio de Oliveira Penina
Diretor Executivo do Grupo Multivix
Prof. Tadeu Antônio de Oliveira Penina 
Diretor Executivo do Grupo Multivix
3
Conversão Eletromecânica da Energia
4
BIBLIOTECA MULTIVIX (Dados de publicação na fonte)
 Rodrigo Vinícius Sartori, Conversão Eletromecânica da Energia / 
Vinícius Sartori, Audrei - Multivix, 2024.
Catalogação: Biblioteca Central Multivix 2024 • Proibida a reprodução total ou parcial. Os infratores serão 
processados na forma da lei.
Conversão Eletromecânica da Energia
5
Lista de Figuras
UNIDADE 3
Figura 1: Autotransformador em sistema de transmissão de energia elétrica
 53
UNIDADE 4
Figura 1: Geradores em centrais elétricas 70
UNIDADE 5
Figura 1: Guindastes demandam torque elevado no arranque 87
UNIDADE 6
Figura 1: Motor CA síncrono trifásico 99
6
Conversão Eletromecânica da Energias
Sumário
APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA 12
UNIDADE 1
UNIDADE 2
1 FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS MAGNÉTICOS 13
1.1 CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS MAGNÉTICO 13
1.2 MATERIAIS MAGNÉTICOS E SUAS PROPRIEDADES 18
CONCLUSÃO 25
MATERIAL COMPLEMENTAR 27
 2 TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS 29
2.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO E CONSTRUÇÃO 29
2.2 CIRCUITOS EQUIVALENTES E ENSAIOS (VAZIO E CURTO-CIRCUITO) 34
CONCLUSÃO 41
MATERIAL COMPLEMENTAR 43
UNIDADE 3
3 TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS E ESPECIAIS 45
7
Conversão Eletromecânica da Energias
UNIDADE 4
3.1 TRANSFORMADORES EM CIRCUITOS TRIFÁSICOS 45
3.2 AUTOTRANSFORMADORES E TRANSFORMADORES DE MÚLTIPLOS 
ENROLAMENTOS 51
CONCLUSÃO 58
MATERIAL COMPLEMENTAR 60
4 PRINCÍPIOS DE CONVERSÃO ELETROMECÂNICA 62
4.1 FUNDAMENTOS DE CONVERSÃO DE ENERGIA 62
4.2 ASPECTOS DE EFICIÊNCIA E TORQUE EM MÁQUINAS 69
CONCLUSÃO 75
MATERIAL COMPLEMENTAR 77
5 MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA 79
5.1 CONSTRUÇÃO E PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 79
5.2 TIPOS DE EXCITAÇÃO E CARACTERÍSTICAS OPERACIONAIS 85
CONCLUSÃO 92
MATERIAL COMPLEMENTAR 94
UNIDADE 5
8
Conversão Eletromecânica da Energias
UNIDADE 6
6 MÁQUINAS DE CORRENTE ALTERNADA TRIFÁSICA 96
6.1 MOTORES SÍNCRONOS: CONSTRUÇÃO E PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 96
6.2 MOTORES ASSÍNCRONOS: CONSTRUÇÃO, PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO E 
APLICAÇÕES 102
CONCLUSÃO 110
MATERIAL COMPLEMENTAR 112
 REFERÊNCIAS 113
Conversão Eletromecânica da Energia
9
Iconografia
Atenção 
Para Saber
Saiba Mais 
Dicas 
Onde Pesquisar 
Leitura Complementar
Glossário
Midias Integradas
Anotações
Exemplo
Reflita
Atividades de 
Aprendizagem
Curiosidades
Questões
Áudios
Citações
Download
10
Conversão Eletromecânica da Energias
APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA
Seja bem-vindo(a) a disciplina Conversão Eletromecânica da Energia!
Esta disciplina aborda conceitos fundamentais e aplicações práticas de 
circuitos magnéticos e transformadores, incluindo construção, princípio 
de funcionamento, classificação e circuitos equivalentes do transformador 
monofásico, bem como sua utilização em circuitos trifásicos e sistemas por 
unidade. Também são estudados transformadores de múltiplos enrola-
mentos e autotransformadores. A matéria se aprofunda nos princípios da 
conversão eletromecânica de energia e nas característicasdas máquinas 
elétricas de corrente contínua e corrente alternada trifásica, explorando seus 
aspectos construtivos e aplicações gerais. Os laboratórios complementam 
a teoria com práticas que incluem regulação em transformadores, ensaios 
a vazio e em curto-circuito, determinação da polaridade e verificação de 
isolamento usando um megômetro. Além disso, os estudantes examinarão 
o funcionamento e as características das máquinas elétricas de corrente 
contínua e alternada, com especial atenção aos transformadores de múlti-
plos enrolamentos.
Conversão Eletromecânica da Energia
11
OBJETIVOS DA DISCIPLINA 
• Proporcionar aos estudantes um entendimento abrangente e integrado 
dos princípios fundamentais e das aplicações da conversão eletromecâ-
nica da energia, englobando o estudo detalhado de circuitos magnéticos, 
transformadores, autotransformadores e máquinas elétricas de corrente 
contínua e corrente alternada trifásica.
• Capacitar os alunos a compreenderem e aplicarem os conceitos relacio-
nados à construção, operação, análise e design desses componentes e 
sistemas com ênfase tanto na teoria quanto na prática, por meio de expe-
rimentos laboratoriais.
• Desenvolver competências técnicas para que os alunos possam projetar, 
analisar e solucionar problemas de engenharia relacionados à conversão 
eletromecânica de energia, preparando-os assim para contribuir efetiva-
mente para o avanço tecnológico e inovação no campo da Engenharia.
Conversão Eletromecânica da Energia
12
OBJETIVOS
Ao final desta unidade, esperamos que possa:
Compreender os princípios físicos que 
regem os circuitos magnéticos.
Identificar os materiais magnéticos e as 
suas aplicações em conversão de energia.
UNIDADE 1
13
Conversão Eletromecânica da Energias
1 FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS MAGNÉTICOS 
Na presente Unidade, dedicada ao estudo dos fundamentos de circuitos 
magnéticos, embarcamos numa jornada essencial para a compreensão da 
conversão eletromecânica da energia, explorando os princípios e a física 
que regem os circuitos magnéticos, pilar fundamental nesta área do conhe-
cimento. Esta unidade é meticulosamente estruturada em duas seções 
cruciais: a primeira, dos conceitos básicos de circuitos magnéticos, é quando 
desvendamos o véu que cobre os fenômenos magnéticos, introduzindo 
conceitos-chave como fluxo magnético, permeabilidade e a Lei de Ampère, 
facilitando o entendimento de como os campos magnéticos interagem com 
a matéria e são manipulados para propósitos práticos.
Na segunda seção, dos materiais magnéticos e suas propriedades, mergu-
lharemos no mundo dos materiais que tornam possível a conversão de 
energia, identificando suas características, categorizações e principalmente, 
como as suas propriedades intrínsecas, tais como histerese, permeabilidade 
e saturação magnética, determinam o seu desempenho e aplicabilidade em 
dispositivos e máquinas elétricas. Através desta unidade, nosso objetivo é 
não apenas repassar o conhecimento teórico necessário para compreender 
os circuitos magnéticos, mas também habilidades práticas para identificar 
e escolher os materiais magnéticos adequados para diferentes aplicações 
em conversão de energia, estabelecendo uma base sólida para os estudos 
subsequentes e práticas profissionais no campo da engenharia elétrica.
1.1 CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS MAGNÉTICO
Vamos mergulhar no universo dos conceitos essenciais de circuitos magné-
ticos, uma área fascinante da física e engenharia que é a espinha dorsal da 
conversão eletromecânica de energia. Imagine um mundo invisível, mas que 
é tão real quanto o ar que respiramos – um mundo no qual forças invisíveis 
têm o poder de mover coisas, criar energia e transformar a maneira como 
vivemos! Este mundo é regido por leis e princípios fundamentais, que come-
çaremos a explorar agora.
14
Conversão Eletromecânica da Energias
Primeiramente, compreender o que é um circuito magnético é essencial. 
Similar aos circuitos elétricos que são familiares a muitos de nós, onde a 
corrente flui através de um caminho fechado, um circuito magnético é uma 
trajetória fechada através da qual o fluxo magnético circula. Este fluxo, deno-
tado geralmente pela letra grega Φ (phi), é análogo à corrente elétrica em 
circuitos, mas em vez de elétrons, o que flui são linhas de campo magnético. 
Pense no fluxo magnético como a quantidade de “força magnética” que atra-
vessa uma determinada área. É como a luz do sol passando por uma janela, 
em que a janela é nossa área e a luz do sol são as linhas de campo magné-
tico. Como matematicamente explicam Neto e Carvalho (2012), Φ=B⋅A⋅cos(θ), 
onde (B) é a densidade do fluxo magnético (o quão forte é nosso campo), 
(A) é a área através da qual o campo passa e (θ), é o ângulo entre o campo 
magnético e a normal da área.
É interessante observar como as leis que governam os circuitos magné-
ticos são notavelmente semelhantes às leis dos circuitos elétricos. A lei mais 
fundamental é a “Lei de Ohm” para o magnetismo, que estabelece que a 
força magnetomotriz (FMM), equivalente à tensão em circuitos elétricos, 
é proporcional ao produto da relutância do circuito magnético e do fluxo 
magnético que passa por ele. A relutância, por sua vez, é determinada pela 
geometria do circuito e pelo material pelo qual o fluxo magnético passa, 
similar à resistência em circuitos elétricos. Nascimento Jr. (2014) explica que 
a FMM é análoga à tensão em circuitos elétricos: ela é a força que “empurra” 
o fluxo através do circuito magnético, e é calculada por FMM = N I, onde (N) é 
o número de voltas na bobina que gera o campo magnético e (I) é a corrente 
que passa por ela.
Conectando os pontos: a Lei de Ohm para circuitos magnéticos nos permite 
entender a relação entre FMM, fluxo ((Φ)) e relutância ((Rm)): similar à Lei de 
Ohm para eletricidade ((V=IR)), temos (FMM=ΦRm). Esta relação mostra como 
o fluxo magnético é influenciado pela FMM aplicada e pela relutância do 
circuito.
Mas, afinal, o que faz um circuito magnético ser de fato um “circuito”? Ora, 
assim como os circuitos elétricos, onde a corrente flui através de um caminho 
fechado, os circuitos magnéticos guiam o fluxo magnético através de um 
caminho fechado. Eles são compostos por materiais com alta permeabili-
dade, formando um loop que direciona o fluxo magnético, da mesma forma 
15
Conversão Eletromecânica da Energias
que um trilho de montanha-russa guia o carrinho. Aqui, a “resistência” ao 
fluxo magnético é chamada de relutância (Rm), e é determinada pela equação:
Na qual (l) é o comprimento do caminho que o fluxo magnético segue e (A) 
é a seção transversal do caminho.
Agora, pense na permeabilidade magnética (μ). Se o vácuo fosse uma estrada 
por onde os carros (campos magnéticos) podem viajar livremente, a permea-
bilidade é a condição da estrada para diferentes materiais. Alguns materiais 
são como super-estradas para campos magnéticos (ferromagnéticos), outros 
são estradas regulares (paramagnéticos) e alguns são estradas com muitos 
obstáculos (diamagnéticos). A permeabilidade é expressa pela relação 
μ=μ0 μr, em que (μr) é a permeabilidade relativa do material, mostrando como 
esse material afeta a facilidade com que o campo magnético pode se formar 
em seu interior. Entendendo a permeabilidade magnética (μ), chegamos a 
um conceito crucial. Como explica Reis (2011), a permeabilidade é uma 
medida de quão facilmente um material pode ser magnetizado, ou, em 
outras palavras, a facilidade com que o fluxo magnético pode passar através 
de um material. Materiais com alta permeabilidade são essenciais em 
circuitos magnéticos, pois permitem a criação de campos magnéticos fortes 
com uma menor FMM. É aqui que materiais como o ferro, conhecidos por 
suas excelentes propriedades magnéticas, entram em cena.
Avançando, encontramos a Lei de Ampère. Essa lei é como a receita para 
criar campos magnéticos em torno de condutores elétricos. Como explicado 
por Reis (2021), quando uma corrente elétrica (I) percorre um condutor, elagera um campo magnético circular ao redor dele. A Lei de Ampère nos dá 
uma fórmula elegante para entender essa relação: ∮ B ⃗⋅dl ⃗=μ0 I, onde ∮B ⃗⋅dl ⃗ 
representa a soma (integral) do campo magnético ao longo de um caminho 
fechado ao redor do condutor e (μ0) é a permeabilidade do vácuo, uma cons-
tante que quantifica quão facilmente um campo magnético pode se formar 
no espaço vazio.
16
Conversão Eletromecânica da Energias
Saiba Mais
André-Marie Ampère foi um físico e matemático francês 
do século XIX, cujas pesquisas fundamentais na área 
do eletromagnetismo ajudaram a estabelecer as bases 
teóricas dessa ciência. Notavelmente conhecido por 
suas descobertas sobre a relação entre a eletricidade e o 
magnetismo, Ampère foi o pioneiro na formulação da lei 
que leva seu nome, a Lei de Ampère, que descreve a força 
magnética entre condutores elétricos. A sua contribuição 
não se limitou apenas a teorias. Ele também desenvolveu 
o solenoide e contribuiu para o entendimento do eletro-
magnetismo como uma força fundamental na natureza. 
Para Neto e Carvalho (2012), Ampère é frequentemente 
considerado um dos pais do eletromagnetismo, e sua obra 
continua a influenciar a física e a engenharia até hoje.
A lei de Ampère e a regra da mão direita são ferramentas valiosas para 
entender como os campos magnéticos são criados e como eles interagem 
com a corrente elétrica. A lei de Ampère nos diz que o campo magnético 
ao redor de um condutor pelo qual passa uma corrente é proporcional à 
corrente e assume a forma de círculos concêntricos ao redor do condutor. Já 
a regra da mão direita ajuda a determinar a direção do campo magnético: 
se o polegar da mão direita apontar na direção da corrente, os outros dedos 
apontarão a direção do campo magnético.
Outro conceito importante é a histerese magnética, que descreve como as 
propriedades magnéticas de um material mudam em resposta a um campo 
magnético externo aplicado e removido. Este fenômeno é crucial para 
entender como os materiais magnéticos respondem a mudanças no campo 
magnético e é fundamental na concepção de dispositivos que dependem 
de propriedades magnéticas, como transformadores e motores elétricos.
17
Conversão Eletromecânica da Energias
A saturação magnética é outro fenômeno vital a ser compreendido. Ela 
ocorre quando um aumento na FMM aplicada não resulta em um aumento 
proporcional no fluxo magnético. Isso significa que o material atingiu sua 
capacidade máxima de magnetização. A compreensão da saturação é 
essencial para o design de circuitos magnéticos eficientes, garantindo que 
os materiais sejam utilizados dentro das suas capacidades ótimas.
Finalmente, é essencial reconhecer o papel dos núcleos magnéticos nos 
circuitos magnéticos. Eles são o coração de muitos dispositivos, direcio-
nando e intensificando o fluxo magnético onde é mais necessário. A escolha 
do material para o núcleo, a sua geometria e a maneira como é integrado 
ao circuito podem dramaticamente afetar a eficiência e o desempenho do 
dispositivo.
Reflita
A escolha de um núcleo magnético vai muito além de 
simples seleção de materiais; ela toca o cerne da enge-
nharia consciente e do design inovador. Ao considerarmos 
a importância dos núcleos magnéticos, somos convidados 
a pensar não apenas na funcionalidade imediata, mas 
também no impacto ambiental, na eficiência energética e 
na sustentabilidade dos dispositivos que projetamos. Cada 
decisão tomada nesse processo reflete uma balança entre 
o aproveitamento máximo das propriedades magnéticas 
e o compromisso com práticas mais verdes e sustentáveis. 
Portanto, ao selecionar um núcleo magnético, estamos, de 
fato, moldando o futuro da tecnologia e do nosso planeta.
Entender esses conceitos básicos de circuitos magnéticos é apenas o início. 
Eles formam a base sobre a qual podemos construir uma compreensão 
mais profunda de como a energia é convertida de uma forma para outra 
através da interação entre campos magnéticos e elétricos. Esta base nos 
permite avançar para aplicações mais complexas e inovadoras em enge-
nharia e tecnologia.
18
Conversão Eletromecânica da Energias
Ao aplicarmos esses conceitos em contextos práticos, começamos a ver a 
mágica da conversão eletromecânica da energia se desdobrar. Por exemplo, 
em um motor elétrico, a interação entre campos elétricos e magnéticos cria 
um movimento rotacional que pode ser usado para acionar máquinas e 
dispositivos. Da mesma forma, em um gerador, o movimento mecânico é 
convertido de volta em energia elétrica, utilizando os mesmos princípios 
magnéticos para induzir uma corrente elétrica em um circuito.
A aplicação desses conceitos não se limita apenas aos dispositivos tradicio-
nais. Eles são a base para o desenvolvimento de novas tecnologias, como 
veículos elétricos, turbinas eólicas e sistemas de armazenamento de energia, 
que são essenciais para a transição para fontes de energia mais sustentáveis. 
Além disso, a nanotecnologia e os materiais avançados estão abrindo novos 
caminhos para a utilização de propriedades magnéticas de maneiras que 
eram inimagináveis há algumas décadas.
Este vasto campo de conhecimento não apenas desafia nossa compreensão 
do mundo físico, mas também nos proporciona as ferramentas para criar 
soluções inovadoras para os problemas energéticos do nosso tempo. Ao 
dominar os fundamentos dos circuitos magnéticos, os estudantes de enge-
nharia estão se equipando com o conhecimento necessário para liderar esta 
revolução tecnológica, desenvolvendo novos dispositivos e sistemas que 
melhorarão a qualidade de vida em todo o mundo.
Assim, a jornada através dos conceitos básicos de circuitos magnéticos é 
mais do que uma exploração acadêmica, é um caminho para a inovação e 
a descoberta. À medida que continuamos a construir sobre esta base, nos 
movemos cada vez mais perto de um futuro no qual a conversão eletro-
mecânica da energia desempenhará um papel central na sustentação do 
nosso mundo de maneiras mais limpas, eficientes e sustentáveis. Este é o 
verdadeiro poder e promessa dos princípios e práticas que começamos a 
desvendar nesta unidade.
1.2 MATERIAIS MAGNÉTICOS E SUAS PROPRIEDADES
Mergulhando agora no fascinante mundo dos materiais magnéticos e suas 
propriedades, vamos explorar as razões que fazem destes materiais a espinha 
19
Conversão Eletromecânica da Energias
dorsal de inúmeras aplicações em conversão eletromecânica de energia. 
Trata-se, enfim, de desvendar como estes distintos materiais podem trans-
formar o invisível em energia tangível e útil.
Comecemos com o mais essencial, que é a classificação dos materiais 
magnéticos. Segundo Simone e Creppe (2010), eles são tipicamente divi-
didos em três categorias principais: ferromagnéticos, paramagnéticos e 
diamagnéticos. Os materiais ferromagnéticos, como o ferro, cobalto e níquel, 
são aqueles que demonstram uma magnetização significativa na presença 
de um campo magnético e são capazes de reter essa magnetização mesmo 
após a remoção do campo. Esta propriedade os torna ideais para a cons-
trução de núcleos de transformadores e motores.
Atenção
É crucial entender as diferenças entre essas categorias de 
materiais magnéticos, pois cada tipo possui propriedades 
únicas que determinam suas aplicações específicas. Esco-
lher o material correto é fundamental para o sucesso de 
qualquer projeto envolvendo magnetismo. Jamais negli-
gencie a importância de selecionar o material adequado 
para a sua aplicação específica.
Em contrapartida, os materiais paramagnéticos, que incluem alumínio e 
oxigênio, possuem uma permeabilidade magnética ligeiramente maior que 
a do vácuo. Eles se magnetizam fracamente na presença de um campo 
magnético e sua magnetização é na mesma direção do campo aplicado. Já 
os materiais diamagnéticos, como o bismuto e o cobre, apresentam uma leve 
repulsão a campos magnéticos, possuindo uma permeabilidade magnética 
menor que a do vácuo. Essas características tornam os materiais paramag-
néticos e diamagnéticos menos relevantespara aplicações de conversão de 
energia, mas ainda interessantes para estudos e aplicações específicas.
Falando sobre propriedades, a permeabilidade magnética (μ) é uma das 
mais importantes. Ela define a facilidade com que um material pode ser 
20
Conversão Eletromecânica da Energias
magnetizado. Materiais com alta permeabilidade são fundamentais em 
aplicações que requerem a eficiente condução do fluxo magnético, como 
em transformadores e núcleos de indutores. A escolha do material com a 
permeabilidade adequada é crucial para otimizar o desempenho e a efici-
ência do dispositivo.
A curva de histerese é outra propriedade chave dos materiais magnéticos, 
ilustrando a relação entre a intensidade do campo magnético aplicado e a 
magnetização do material. Segundo Ayres e Ayres (2012), esta curva revela 
fenômenos como a remanescência e a coercividade. A remanescência é a 
magnetização que permanece em um material após a remoção do campo 
magnético aplicado, enquanto a coercividade é a medida da resistência de 
um material à desmagnetização. Materiais com baixa coercividade são dese-
jáveis em aplicações nas quais a reversibilidade da magnetização é crucial, 
como em transformadores de energia.
Vamos considerar um exercício envolvendo a curva de histerese, focando 
na remanescência e na coercividade, para ilustrar como essas propriedades 
podem ser calculadas e interpretadas. Sendo assim, considere um mate-
rial ferromagnético submetido a um ciclo de histerese. No início do ciclo, 
o material é desmagnetizado. Ao aplicar um campo magnético crescente, 
observa-se que a magnetização do material aumenta até atingir a satu-
ração em 1,2 Tesla (T) quando o campo magnético aplicado é de 800 A/m. 
Ao reduzir o campo magnético para zero, a magnetização remanescente 
(remanescência) é de 0,8 T. Para desmagnetizar completamente o material 
(trazendo a magnetização a zero), é necessário aplicar um campo magné-
tico oposto de -200 A/m.
Nosso objetivo aqui é calcular a remanescência e a coercividade do material, 
e discutir a aplicabilidade deste material em dispositivos magnéticos, como 
transformadores de energia.
Passo 1: identificar a remanescência
A remanescência (Br) é diretamente dada pelo problema como 0,8 T. Isso 
significa que, após remover o campo magnético externo que inicialmente 
magnetizou o material, ele retém uma magnetização de 0,8 T.
Passo 2: calcular a coercividade
21
Conversão Eletromecânica da Energias
A coercividade (Hc) é o campo magnético oposto necessário para reduzir 
a magnetização do material a zero. No nosso caso, isso é dado como -200 
A/m. A coercividade é, portanto, 200 A/m (ignorando o sinal negativo, pois 
estamos interessados na magnitude).
Passo 3: interpretação dos valores
A remanescência alta (0,8 T) indica que o material possui uma capacidade 
significativa de reter magnetização mesmo na ausência de um campo 
magnético externo. Isso é desejável em aplicações onde uma fonte perma-
nente de magnetismo é necessária, como em ímãs permanentes.
A coercividade moderada (200 A/m) sugere que o material pode ser magneti-
zado e desmagnetizado com uma quantidade razoável de esforço. Materiais 
com coercividade baixa a moderada são preferíveis para transformadores 
de energia, pois permitem que o transformador opere de forma eficiente, 
com perdas magnéticas minimizadas durante os ciclos de magnetização e 
desmagnetização.
Disto se conclui como a análise da curva de histerese e a compreensão da 
remanescência e da coercividade são fundamentais para escolher mate-
riais para aplicações específicas. No caso de transformadores de energia, um 
material com as propriedades descritas seria adequado, pois permite uma 
operação eficiente com reversibilidade de magnetização relativamente fácil, 
garantindo que o dispositivo funcione com eficiência e durabilidade.
Seguindo, a saturação magnética é o ponto no qual um aumento no campo 
magnético aplicado não resulta em um aumento na magnetização do 
material. Este é um limite crítico no design de dispositivos magnéticos, pois 
operar além deste ponto traz poucos benefícios e pode até ser prejudicial, 
aumentando as perdas por histerese e aquecimento do material.
Além disso, os materiais magnéticos podem apresentar uma perda de energia 
quando submetidos a ciclos de magnetização e desmagnetização, conhe-
cida como perdas por histerese. Estas perdas são especialmente críticas em 
aplicações de alta frequência, como em transformadores de eletrônicos de 
potência, em que materiais com curvas de histerese estreitas são preferidos 
para minimizar as perdas energéticas.
22
Conversão Eletromecânica da Energias
A temperatura também desempenha um papel crucial nas propriedades 
magnéticas dos materiais. Bezerra (2018) explica que a maioria dos mate-
riais ferromagnéticos perde suas propriedades magnéticas fortes em uma 
temperatura específica, conhecida como temperatura de Curie. O entendi-
mento e a escolha de materiais que mantêm suas propriedades magnéticas 
desejáveis em uma gama de temperaturas operacionais são fundamentais 
para garantir a confiabilidade e eficiência dos dispositivos.
Curiosidade
A temperatura de Curie não é apenas um ponto de tran-
sição para as propriedades magnéticas dos materiais, ela 
também leva o nome do renomado cientista Pierre Curie, 
que a descobriu em 1895. Intrigantemente, o pesqui-
sador não só contribuiu significativamente para o campo 
do magnetismo com esta descoberta, mas também foi 
pioneiro em pesquisas sobre radioatividade, juntamente 
com sua esposa, Marie Curie. Como explicam Simone e 
Creppe (2010), a temperatura de Curie de um material 
não é uma constante universal, variando amplamente 
entre diferentes materiais ferromagnéticos – por exemplo, 
o ferro tem uma temperatura de Curie de 770°C, enquanto 
para o cobalto é de cerca de 1.115°C. Este fato sublinha 
a diversidade e a complexidade do mundo dos materiais 
magnéticos e a importância de uma compreensão deta-
lhada para aplicações práticas.
Na escolha de materiais para aplicações específicas, também consideramos 
a densidade de fluxo magnético, que é a quantidade de fluxo magnético 
por área de seção transversal. Bim (2018) lembra que materiais que podem 
suportar uma alta densidade de fluxo magnético são essenciais para dispo-
sitivos compactos e eficientes, permitindo a profunda de como a energia é 
convertida de uma forma para outra, abrindo caminho para inovações em 
engenharia e tecnologia. 
23
Conversão Eletromecânica da Energias
A discussão sobre materiais magnéticos não estaria completa sem mencionar 
os avanços recentes em materiais nano estruturados e compostos magné-
ticos. Estes materiais, projetados com precisão em escala nanométrica, 
exibem propriedades magnéticas que podem ser ajustadas para aplicações 
específicas, desde armazenamento de dados de alta densidade até aplica-
ções biomédicas, em que pequenas partículas magnéticas podem ser diri-
gidas precisamente dentro do corpo humano.
A tempo, a reciclagem e sustentabilidade desses materiais têm se tornado 
uma consideração cada vez mais importante. À medida que avançamos para 
uma economia mais verde e sustentável, a escolha de materiais magnéticos 
que não apenas atendam às necessidades técnicas, mas também sejam 
recicláveis e minimizem o impacto ambiental, é fundamental. Pesquisas 
estão em andamento para desenvolver materiais magnéticos que sejam 
tanto eficientes quanto ecologicamente corretos, marcando o início de uma 
nova era na tecnologia magnética. Nesse âmbito, algo realmente promissor 
é o desenvolvimento de processos de fabricação que reduzem o uso de 
recursos naturais raros e tóxicos, substituindo-os por alternativas mais abun-
dantes e ambientalmente amigáveis. Iniciativas inovadoras, como o uso de 
ligas de ferro e silício em substituição a materiais mais raros em motores e 
transformadores, demonstram como a engenharia de materiais pode contri-
buir para sistemas mais sustentáveis. Além disso, a pesquisa em materiais 
magnéticosrecicláveis e de fácil desmontagem para recuperação e reuso 
está ganhando terreno, visando a redução do lixo eletrônico e a promoção 
de uma economia circular.
Paralelamente, a nanotecnologia está sendo explorada para criar materiais 
magnéticos com propriedades customizáveis, que não apenas melhoram 
o desempenho dos dispositivos, mas também reduzem seu impacto 
ambiental. Por exemplo, nanopartículas magnéticas estão sendo estudadas 
para seu potencial em tratamentos médicos direcionados, permitindo a 
administração de medicamentos de maneira mais eficiente e com menores 
efeitos colaterais, destacando o papel vital da inovação material na melhoria 
da qualidade de vida e na proteção do nosso planeta.
Em resumo, a compreensão dos materiais magnéticos e suas propriedades é 
essencial para a engenharia e tecnologia modernas, permitindo o desenvol-
24
Conversão Eletromecânica da Energias
vimento de dispositivos e sistemas mais eficientes e sustentáveis. Ao explorar 
a vasta gama de materiais disponíveis e suas características únicas, podemos 
continuar a inovar e melhorar as maneiras como convertemos, utilizamos e 
pensamos sobre energia.
25
Conversão Eletromecânica da Energias
CONCLUSÃO
Ao concluirmos esta jornada pelos fundamentos de circuitos magnéticos, 
emergimos com uma compreensão mais profunda dos princípios e das 
propriedades que governam o mundo invisível dos campos magnéticos. Esta 
exploração foi desde a compreensão básica, de como os circuitos magnéticos 
funcionam, similar aos seus homólogos elétricos em muitos aspectos, até os 
materiais que fazem esses circuitos uma realidade prática, destacando o 
papel crucial que cada elemento desempenha na conversão eletromecânica 
da energia.
Revisamos os conceitos fundamentais como fluxo magnético, força magne-
tomotriz, permeabilidade, e a lei de Ohm para o magnetismo, que nos 
proporcionam a base para entender como os campos magnéticos são 
criados, manipulados e utilizados em uma variedade de aplicações. Da 
mesma forma, aprofundamo-nos nos materiais magnéticos, examinando 
suas classificações – ferromagnéticos, paramagnéticos, e diamagnéticos – e 
como suas propriedades únicas determinam sua adequação para diferentes 
usos na tecnologia e engenharia.
A discussão sobre a curva de histerese e a saturação magnética revelou 
a complexidade dos materiais magnéticos e a importância de escolher o 
material adequado para cada aplicação, a fim de maximizar a eficiência e 
minimizar as perdas energéticas. Estes conceitos não apenas fundamentam 
o design e a construção de dispositivos magnéticos, mas também inspiram 
inovações contínuas em campos tão diversos quanto armazenamento de 
dados, medicina e sustentabilidade.
Além disso, a emergência de materiais nano estruturados e a ênfase na reci-
clagem e sustentabilidade refletem a evolução constante da ciência e da 
tecnologia dos materiais magnéticos. Estes avanços não apenas prometem 
melhorar o desempenho dos dispositivos existentes, mas também abrir 
novos caminhos para aplicações que podem transformar nossa sociedade, 
desde soluções de energia renovável até avanços médicos revolucionários.
Ao fim desta Unidade, espera-se ter equipado os aprendizes com o conhe-
cimento essencial para navegar no campo da conversão eletromecânica 
26
Conversão Eletromecânica da Energias
da energia, preparando-os para as complexidades e as oportunidades que 
encontrarão à medida que avançam em seus estudos e carreiras. Com um 
entendimento sólido dos fundamentos de circuitos magnéticos e uma apre-
ciação pelas propriedades dos materiais magnéticos, os estudantes estão 
bem posicionados para contribuir para o avanço da engenharia elétrica e 
para enfrentar os desafios energéticos do futuro.
27
Conversão Eletromecânica da Energias
MATERIAL COMPLEMENTAR
Para saber mais sobre esse tema, leia os artigos a seguir.
1. GONÇALVES, S. A. R.; ZUCOLOTTO, B. Uma ferramenta para simulação de 
sistemas superparamagnéticos. Rev. Bras. Ensino Fís., v. 42, 2020. Dispo-
nível em: https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2020-0313. Acesso em: 26 
jun. 2024.
2. HOLANDA, L. M. et al. Comportamento magnético de materiais por meio 
da mecânica estatística. Rev. Bras. Ensino Fís., v. 42, 2020. Disponível em: 
https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2019-0196. Acesso em: 26 jun. 2024.
3. KINOUCHI, O. A analogia entre ondas eletromagnéticas e elastodinâ-
mica linear. Rev. Bras. Ensino Fís., v. 44, 2022. Disponível em: https://doi.
org/10.1590/1806-9126-RBEF-2022-0051. Acesso em: 26 jun. 2024.
4. RIBEIRO, V. A. S. et al. Investigação das propriedades magnéticas e micro-
estrutura da ferrita de chumbo e cobre. Cerâmica, v. 62, n. 361, 2016. 
Disponível em: https://doi.org/10.1590/0366-69132016623611927. Acesso em: 
26 jun. 2024.
5. SZMOSKI, R. M. et al. Desenvolvimento de um aparato experimental de 
baixo custo para o estudo de objetos em queda: análise do movimento 
de magnetos em tubos verticalmente orientados. Rev. Bras. Ensino 
Fís., v. 40, n. 1, 2018. Disponível em: https://doi.org/10.1590/1806-9126-
RBEF-2017-0061. Acesso em: 26 jun. 2024.
Conversão Eletromecânica da Energia
28
OBJETIVOS
Ao final desta unidade, esperamos que possa:
Explicar o princípio de funcionamento 
dos transformadores monofásicos.
Realizar ensaios básicos para determinar 
as características de transformadores.
UNIDADE 2
29
Conversão Eletromecânica da Energias
 2 TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS
Na presente Unidade, voltamos a atenção para os transformadores mono-
fásicos, componentes vitais na distribuição e no uso eficiente da energia 
elétrica. Neste material, exploraremos o fascinante princípio de funciona-
mento desses dispositivos, que permite a conversão de níveis de tensão de 
forma eficaz, facilitando o transporte de energia elétrica por longas distân-
cias com mínimas perdas. Além de compreender a engenhosa construção 
que possibilita tal façanha, esta Unidade também se dedicará ao aprendi-
zado prático através da realização de ensaios básicos, fundamentais para 
determinar as características operacionais dos transformadores monofá-
sicos. Em duas seções principais, começaremos com o “princípio de funcio-
namento e construção”, explorando os detalhes da operação dos transforma-
dores, desde o conceito de indução eletromagnética até as especificidades 
do seu design, incluindo núcleos, enrolamentos e isolamento. A segunda 
seção, “circuitos equivalentes e ensaios (vazio e curto-circuito)”, nos guiará 
através das ferramentas analíticas e experimentais para entender e quan-
tificar o comportamento dos transformadores sob condições operacionais 
específicas. Esta abordagem não apenas aprofunda o entendimento teórico, 
mas também equipa os estudantes com habilidades práticas indispensáveis 
para a análise, diagnóstico e otimização do desempenho dos transforma-
dores monofásicos. Através deste estudo, será possível construir uma base 
sólida não apenas entender, mas também aplicar os conceitos aprendidos 
em situações reais, enfatizando a importância dos transformadores na infra-
estrutura energética moderna.
2.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO E CONSTRUÇÃO
Primeiramente, precisa-se mergulhar profundamente na essência dos trans-
formadores monofásicos, desvendando as camadas de complexidade que 
residem em seu princípio de funcionamento e na meticulosidade de sua 
construção. O transformador, em sua mais pura essência, opera baseado no 
princípio da indução eletromagnética, como descrito pela Lei de Faraday. 
Segundo Simone e Creppe (2010), essa lei estabelece que uma variação do 
30
Conversão Eletromecânica da Energias
fluxo magnético através de um circuito induz uma força eletromotriz (fem) 
no circuito. Esse fenômeno fundamental é o que permite ao transformador 
converter tensões de uma magnitude para outra, mantendo a potência prati-
camente constante, destacando assim sua eficiência energética inerente.
A construção de um transformador monofásico é concebida para otimizar 
esse princípio de indução. Central parasua operação é o núcleo magnético, 
geralmente feito de lâminas de aço silício, empilhadas para minimizar as 
perdas por corrente de Foucault.
Saiba Mais
As correntes de Foucault, também conhecidas como 
correntes parasitas, são correntes elétricas indesejadas 
que são induzidas no núcleo de metal dos transforma-
dores (e outros dispositivos magnéticos) quando expostos 
a um campo magnético variável. Segundo Neto e Carvalho 
(2012), essas correntes fluem em caminhos circulares 
dentro do núcleo, gerando calor por efeito Joule e resul-
tando em perdas de energia. Justamente para mitigar essas 
perdas é que se constroem núcleos de transformadores 
com lâminas finas de aço silício, isoladas umas das outras, 
por isso restringir o caminho das correntes de Foucault e 
reduzir significativamente o aquecimento e a ineficiência. 
Este princípio foi descoberto por Léon Foucault no século 
XIX e se tornou fundamental no design de dispositivos 
eletromagnéticos eficientes.
Este material é escolhido por sua alta permeabilidade magnética e baixa 
histerese, características que são fundamentais para a eficiência do transfor-
mador. O núcleo serve como uma via para o fluxo magnético gerado pelo 
enrolamento primário, que é energizado por uma fonte de alimentação AC, 
para induzir uma tensão no enrolamento secundário.
31
Conversão Eletromecânica da Energias
Os enrolamentos primário e secundário são dispostos no núcleo de maneiras 
que maximizam a transferência de energia magnética. Segundo Bim (2018), 
a relação entre o número de voltas nos enrolamentos determina a relação 
de transformação do transformador, uma expressão matemática da Lei 
de Faraday que governa como as tensões são convertidas. A habilidade de 
ajustar essa relação é o que torna os transformadores tão versáteis e indis-
pensáveis na transmissão e distribuição de energia elétrica.
Destaque-se a notação “n:n”, utilizada para especificar os transformadores, 
que representa objetivamente a relação de transformação entre os enrola-
mentos primário e secundário. Essencialmente, esta notação fornece um 
meio conciso de expressar a razão entre o número de voltas (espiras) no 
enrolamento primário (n₁) e o número de voltas no enrolamento secundário 
(n₂). Esta relação é crucial, pois determina como as tensões serão conver-
tidas pelo transformador, refletindo diretamente no princípio da indução 
eletromagnética que fundamenta sua operação.
Por exemplo, um transformador com uma relação de transformação de 1:2 
(lê-se “um para dois”) indica que para cada volta no enrolamento primário, 
existem duas voltas no enrolamento secundário. Isso significa que, se apli-
carmos uma tensão no primário, a tensão no secundário será dobrada, assu-
mindo idealmente a ausência de perdas. É esta versatilidade que permite 
que os transformadores sejam projetados para uma ampla gama de apli-
cações, desde a redução da tensão para uso doméstico até a elevação da 
tensão para transmissão de energia elétrica em longas distâncias.
Na prática, a relação “n:n” pode assumir diferentes formas, refletindo a varie-
dade de transformadores disponíveis para diferentes necessidades, como 
bem explica Neto e Carvalho (2012). Por exemplo, uma relação de 1:1 indica 
um transformador de isolamento, em que a tensão de entrada é igual a 
tensão de saída, sendo utilizado principalmente para isolar circuitos elétricos. 
Já relações como 10:1 ou 1:10 são típicas em transformadores de redução 
ou elevação de tensão, respectivamente, cada um adaptado para aplicações 
específicas que requerem a conversão de níveis de tensão.
A capacidade de ajustar a relação de transformação oferece aos engenheiros 
uma ferramenta poderosa para projetar sistemas elétricos que atendam a 
requisitos específicos de tensão, corrente e potência. Além disso, essa flexi-
bilidade no design dos transformadores facilita a integração de fontes de 
32
Conversão Eletromecânica da Energias
energia renováveis aos sistemas existentes, a otimização da eficiência ener-
gética e a minimização das perdas de transmissão, contribuindo significa-
tivamente para o desenvolvimento de redes elétricas mais sustentáveis e 
confiáveis.
Portanto, a relação de transformação não é apenas um detalhe técnico, ela 
encapsula a essência da funcionalidade dos transformadores, permitindo 
a conversão eficiente de energia elétrica de uma forma para outra. Esse 
conceito é fundamental para engenheiros e técnicos, pois fornece a base 
para o entendimento e o aproveitamento da indução eletromagnética em 
aplicações práticas, desde o nível de transmissão até o consumo final de 
energia.
A construção do transformador também inclui considerações sobre isola-
mento elétrico e resfriamento, como lembra Bezerra (2018). O isolamento 
elétrico entre os enrolamentos e entre os enrolamentos e o núcleo é crucial 
para prevenir curtos-circuitos e descargas elétricas. Materiais como papel 
isolante, óleo dielétrico, ou ar são comumente utilizados, cada um esco-
lhido com base no equilíbrio entre eficácia de isolamento, custo e requisitos 
operacionais específicos do transformador.
Reflita
Pondere sobre o impacto ambiental dos materiais utili-
zados nos sistemas de isolamento e resfriamento dos 
transformadores. Enquanto buscamos eficiência e confia-
bilidade, é nossa responsabilidade considerar também 
a sustentabilidade desses materiais. O óleo dielétrico, 
por exemplo, apesar das suas excelentes propriedades 
isolantes, pode representar um risco ao meio ambiente 
se não for manuseado ou descartado corretamente. Esse 
dilema destaca a importância de inovações em materiais 
ecológicos e práticas sustentáveis na engenharia elétrica. 
Como podemos equilibrar a necessidade de sistemas 
elétricos confiáveis e eficientes com a urgência de proteger 
nosso planeta para as gerações futuras?
33
Conversão Eletromecânica da Energias
O resfriamento é outro aspecto vital da construção do transformador, neces-
sário para dissipar o calor gerado pelas perdas no núcleo e nos enrolamentos. 
Métodos de resfriamento variam desde a simples convecção natural do ar 
até sistemas mais complexos que utilizam óleo ou mesmo água. A escolha 
do método de resfriamento depende de fatores como a capacidade de 
potência do transformador, as condições ambientais operacionais e consi-
derações de espaço e custo.
Adicionalmente, a robustez mecânica é uma consideração fundamental na 
construção de transformadores. O design deve garantir que o transformador 
possa suportar estresses físicos, como aqueles decorrentes de transporte e 
manuseio, bem como estresses operacionais, incluindo vibrações induzidas 
por fluxo magnético. A integridade estrutural é essencial para a longevidade 
e confiabilidade do transformador.
Curiosidade
É um fenômeno fascinante e muitas vezes subestimado 
em transformadores o efeito das vibrações mecânicas, 
conhecidas como “barulhos do transformador”. Tais vibra-
ções são produzidas pela interação do fluxo magné-
tico com os componentes estruturais do transformador, 
levando a uma espécie de zumbido ou barulho. Neto e 
Carvalho (2012) frisam que esse efeito não é apenas uma 
questão de ruído, ele pode ter implicações na performance 
do transformador: vibrações excessivas podem levar a um 
desgaste mecânico prematuro dos componentes e até 
afetar a precisão das medições em instrumentos sensí-
veis próximos. Engenheiros dedicam atenção especial ao 
design e à montagem dos transformadores para mini-
mizar essas vibrações, utilizando técnicas como o ajuste 
preciso do empilhamento do núcleo e o uso de materiais 
amortecedores de vibração, garantindo assim a eficiência, 
a durabilidade e a confiabilidade do transformador.
34
Conversão Eletromecânica da Energias
A eficiência do transformador é uma métrica crucial, diretamente influen-
ciada pelo seu princípio de funcionamento e construção. As perdas no 
transformador são predominantemente de dois tipos: perdas no núcleo, 
resultantes do ciclo de histerese e correntes de Foucault; e perdas no enrola-mento, devido à resistência elétrica dos condutores. A otimização do design 
do núcleo e a escolha de materiais para os enrolamentos são estratégias 
essenciais para minimizar essas perdas e melhorar a eficiência.
A tecnologia de transformadores continua a evoluir, com pesquisas focadas 
em materiais avançados para núcleos e isolamentos que oferecem proprie-
dades superiores, bem como técnicas inovadoras de resfriamento e construção 
mais eficientes. Esses avanços prometem transformadores mais compactos, 
eficientes e confiáveis, capazes de atender às crescentes demandas de 
sistemas de energia modernos, que são cada vez mais centrados na susten-
tabilidade, na integração de fontes renováveis e na eficiência energética. A 
busca contínua por inovações na construção e no design dos transforma-
dores reflete a importância crítica desses dispositivos no fornecimento de 
energia elétrica confiável e eficiente, marcando um caminho promissor para 
avanços futuros na engenharia elétrica e na tecnologia de transformação de 
energia.
2.2 CIRCUITOS EQUIVALENTES E ENSAIOS (VAZIO E 
CURTO-CIRCUITO)
Na presente seção, adentramos uma fase mais técnica e prática no estudo 
dos transformadores monofásicos, na qual a teoria encontra aplicação direta 
em experimentos essenciais. Desdobrando-se em uma exploração deta-
lhada dos modelos de circuitos equivalentes, uma ferramenta fundamental 
na análise e no entendimento do comportamento dos transformadores sob 
diversas condições operacionais. Na prática, a instância dos circuitos equi-
valentes simplifica o complexo fenômeno eletromagnético dentro de um 
transformador para componentes de circuito básicos, como resistências e 
indutâncias, permitindo a análise matemática e a previsão do desempenho 
do transformador.
35
Conversão Eletromecânica da Energias
Nascimento Jr. (2014) destaca que os ensaios de vazio e de curto-circuito 
são cruciais para determinar as características do transformador, como a 
impedância e a eficiência. No ensaio de vazio, o lado primário do transfor-
mador é alimentado com sua tensão nominal enquanto o secundário fica 
em aberto. Este ensaio revela as perdas no núcleo do transformador devido 
à histerese e às correntes de Foucault, pois, com o secundário em aberto, 
as perdas por corrente de carga são minimizadas. A análise dos resultados 
deste ensaio fornece insights valiosos sobre a eficiência do transformador 
em condições de baixa carga.
O ensaio a vazio traz ainda outras interessantes possibilidades, às vezes 
pouco exploradas, que são, em suma:
• identificação de anomalias no material do núcleo: através da precisão 
das medições de perdas no núcleo durante o ensaio de vazio, é possível 
identificar inconsistências no material do núcleo, como variações na 
composição ou defeitos de fabricação, que podem afetar adversamente 
a eficiência do transformador;
• avaliação da qualidade do isolamento entre as espiras: o ensaio de vazio 
permite avaliar a qualidade do isolamento entre as espiras do enrola-
mento, já que qualquer degradação neste pode resultar em um aumento 
das perdas por corrente de Foucault, influenciando diretamente a efici-
ência do transformador;
• medição da capacitância entre os enrolamentos e para a terra: durante o 
ensaio de vazio, também é possível medir a capacitância entre os enrola-
mentos e para a terra. Essas medições são importantes para a análise de 
resposta em frequência e para o diagnóstico de condições de isolamento;
• determinação das características magnéticas do núcleo: o ensaio de vazio 
fornece dados que podem ser usados para determinar as características 
magnéticas do núcleo, incluindo a curva de histerese. Estas informações 
são fundamentais para o projeto de transformadores mais eficientes e 
para a melhoria dos modelos de simulação;
• estimativa da temperatura operacional do núcleo: embora indiretamente, 
as perdas no núcleo medidas durante o ensaio de vazio podem ser usadas 
para estimar a temperatura operacional do núcleo sob diferentes condi-
36
Conversão Eletromecânica da Energias
ções de carga, uma informação crítica para a avaliação da longevidade e 
da confiabilidade do transformador.
Por outro lado, o ensaio de curto-circuito é realizado com o enrolamento 
secundário do transformador curto-circuitado, e uma tensão reduzida é 
aplicada ao primário até que a corrente nominal seja atingida no circuito de 
curto. Segundo Reis (2011), este ensaio foca nas perdas por resistência nos 
enrolamentos, ignorando as perdas no núcleo, uma vez que a corrente indu-
zida no núcleo é mínima devido ao curto-circuito no secundário. Através 
deste ensaio, é possível determinar a impedância de curto-circuito do trans-
formador, uma informação crítica para o projeto e a proteção dos sistemas 
elétricos.
Além disso, o ensaio de curto-circuito traz ainda conveniências adicionais, 
tais como:
• análise térmica: este ensaio permite avaliar o aquecimento dos enro-
lamentos sob condição de curto-circuito, essencial para verificar a 
adequação dos materiais e do design térmico do transformador;
• estimativa da vida útil: os dados obtidos sobre as perdas por resistência 
nos enrolamentos podem ser usados para estimar a vida útil do transfor-
mador, considerando os efeitos do envelhecimento térmico;
• verificação da qualidade dos contatos: a análise da impedância de 
curto-circuito pode ajudar a identificar problemas nos contatos elétricos 
dentro do transformador, como conexões soltas ou oxidadas;
• otimização do design do enrolamento: os resultados do ensaio de curto-
-circuito fornecem informações valiosas para otimizar o design dos enro-
lamentos, visando minimizar as perdas resistivas e melhorar a eficiência.
37
Conversão Eletromecânica da Energias
Atenção
Uma prática um tanto quanto corriqueira, porém errônea, 
durante a realização do ensaio de curto-circuito é negli-
genciar a precisão na medição da corrente nominal e da 
tensão aplicada. Essa falta de precisão pode levar a uma 
interpretação equivocada das perdas no enrolamento e da 
impedância de curto-circuito, comprometendo a exatidão 
dos dados do transformador. É essencial garantir que as 
medições sejam realizadas com equipamentos calibrados 
e que o procedimento seja seguido meticulosamente, para 
assegurar a confiabilidade dos resultados e a integridade 
do sistema elétrico ao qual o transformador será integrado. 
Atenção aos detalhes e à precisão nas etapas de teste não 
são apenas boas práticas; são requisitos para a segurança 
e eficiência energética.
A combinação dos dados obtidos nos ensaios de vazio e de curto-circuito 
permite a construção de um modelo de circuito equivalente preciso do 
transformador. Segundo Ayres e Ayres (2012), este modelo é capaz de repre-
sentar o comportamento do transformador em uma ampla gama de condi-
ções operacionais, desde o funcionamento em vazio até a plena carga. Além 
disso, o modelo de circuito equivalente é uma ferramenta indispensável para 
o design de sistemas elétricos, permitindo aos engenheiros simular e prever 
o impacto da integração de um transformador em um sistema existente.
A interpretação correta dos resultados desses ensaios exige uma compre-
ensão profunda das teorias eletromagnéticas e dos princípios de engenharia 
elétrica. Por exemplo, a análise detalhada das perdas medidas durante os 
ensaios pode ser usada para otimizar o design do transformador, reduzindo 
as perdas de energia e melhorando a eficiência global. Reis (2021) entende 
que este processo de otimização é essencial na indústria de energia, onde 
a eficiência energética é de extrema importância tanto do ponto de vista 
econômico quanto ambiental.
38
Conversão Eletromecânica da Energias
Além da aplicação prática na indústria, os ensaios de vazio e de curto-cir-
cuito servem como uma excelente ferramenta pedagógica para os estu-
dantes de engenharia elétrica. Eles proporcionam uma oportunidade única 
para observar e medir os fenômenos eletromagnéticos em ação, reforçando 
a compreensão teórica atravésda experiência prática. Essa abordagem 
hands-on é inestimável no desenvolvimento de habilidades práticas e na 
aplicação de conhecimentos teóricos em situações reais.
Atualmente, a utilização de softwares de simulação para o estudo de trans-
formadores monofásicos e a construção de seus modelos de circuitos equi-
valentes representa um avanço significativo na capacidade dos engenheiros 
de analisar, projetar e otimizar esses dispositivos. Softwares como o MATLAB/
Simulink, PSpice, e ANSYS permitem a modelagem detalhada dos compor-
tamentos eletromagnéticos dos transformadores, facilitando a simulação de 
uma ampla gama de condições operacionais sem a necessidade de montar 
fisicamente os ensaios. Esta abordagem digital oferece a conveniência de 
realizar múltiplas iterações de design rapidamente, avaliando o impacto de 
diferentes configurações e materiais sob custos e tempo significativamente 
reduzidos. Além disso, os ambientes de simulação podem fornecer insights 
sobre fenômenos que seriam desafiadores, perigosos ou mesmo impossí-
veis de replicar em laboratórios convencionais, como condições extremas de 
operação.
Mais recentemente, soluções computadorizadas que integram a tecnologia 
de inteligência artificial estão prometendo revolucionar ainda mais esse 
ambiente digital de laboratório virtual: soluções comerciais como o Flux.
ai estão começando a incorporar algoritmos de aprendizado de máquina 
para otimizar automaticamente os designs de componentes – entre eles, 
os transformadores –, analisar a eficiência energética e prever falhas antes 
mesmo de elas ocorrerem. Essa integração de IA nos softwares de simu-
lação permite uma análise mais profunda e preditiva, facilitando a identifi-
cação de padrões não óbvios e sugerindo melhorias que talvez não fossem 
evidentes para os engenheiros apenas com a análise convencional. Contudo, 
apesar dessas vantagens, a simulação digital não pode substituir comple-
tamente a experiência prática. A validação em laboratório convencional 
continua sendo crucial, uma vez que testes físicos podem revelar variáveis e 
39
Conversão Eletromecânica da Energias
interações inesperadas que os modelos digitais podem não capturar perfei-
tamente.
Isto posto, a transição do laboratório convencional para o ambiente de simu-
lação não vem sem suas inconveniências: a precisão dos modelos de simu-
lação depende fortemente da exatidão dos dados e das suposições iniciais 
inseridas no software, podendo levar a resultados que não capturam total-
mente as complexidades ou as nuances do comportamento real dos transfor-
madores em condições específicas. Além disso, a experiência prática adqui-
rida na montagem e na realização dos ensaios físicos é inestimável para os 
engenheiros, oferecendo uma compreensão mais profunda dos princípios 
teóricos por meio da observação direta e do manuseio dos componentes. 
Assim, uma abordagem híbrida, que combina a eficiência e a abrangência 
dos softwares de simulação com a experiência prática do laboratório, pode 
ser a mais benéfica.
Para garantir uma análise mais fidedigna, seja em simulações ou em ensaios 
físicos, alguns cuidados práticos são essenciais. Primeiramente, é crucial que 
os parâmetros do modelo, como as propriedades dos materiais e as confi-
gurações geométricas do núcleo e dos enrolamentos, sejam definidos com 
precisão e baseados em dados confiáveis. A calibração dos instrumentos de 
medição e a verificação dos equipamentos de teste também são indispen-
sáveis para minimizar erros e garantir a precisão dos dados coletados. Além 
disso, os engenheiros devem estar atentos às limitações de seus modelos 
de simulação, realizando validações periódicas dos resultados simulados 
com dados experimentais. Esta prática de validação cruzada assegura que 
as simulações permaneçam relevantes e confiáveis, fornecendo uma base 
sólida para decisões de projeto e otimização.
À medida que avançamos para um futuro energético mais sustentável, a 
importância de compreender profundamente o funcionamento e a efici-
ência dos transformadores só aumenta. Os ensaios de vazio e de curto-cir-
cuito, juntamente com a análise de circuitos equivalentes, são fundamentais 
nesse entendimento, pois permitem a avaliação precisa do desempenho 
dos transformadores. Estes conhecimentos são cruciais para a otimização 
do uso de energia, a redução das perdas de transmissão e a garantia de 
uma distribuição de energia elétrica mais eficiente e confiável. Conforme 
a demanda por energia cresce e as fontes renováveis se tornam cada vez 
40
Conversão Eletromecânica da Energias
mais integradas aos nossos sistemas de energia, a capacidade de otimizar 
e entender o desempenho dos transformadores se torna vital. Assim, apro-
fundar-se nos estudos dos circuitos equivalentes e dominar a execução e 
análise dos ensaios de vazio e de curto-circuito não apenas fortalece a base 
teórica dos futuros engenheiros, mas também os prepara para enfrentar os 
desafios energéticos do amanhã com soluções inovadoras e sustentáveis.
41
Conversão Eletromecânica da Energias
CONCLUSÃO
Ao concluir o estudo voltado aos transformadores monofásicos, consolida-se 
uma compreensão abrangente que abarca tanto o princípio de funciona-
mento desses dispositivos essenciais, quanto as metodologias práticas para 
aferir suas características por meio de ensaios fundamentais. Nessa jornada 
de aprendizado, foi desvendado o intricado funcionamento dos transforma-
dores, dispositivos que se revelam como pilares na transmissão e na distri-
buição de energia elétrica, possibilitando a conversão de tensões de maneira 
eficaz e eficiente, com impactos significativos na viabilidade e sustentabili-
dade dos sistemas energéticos modernos.
Aprofundado também sobre a engenharia por trás da construção de transfor-
madores monofásicos, explorando a importância do núcleo magnético, dos 
enrolamentos e dos materiais isolantes, bem como as estratégias de resfria-
mento que garantem o desempenho ótimo desses dispositivos. O conhe-
cimento detalhado adquirido sobre a composição e o design dos transfor-
madores não apenas reforça a base teórica necessária para entender seu 
funcionamento, mas também sublinha a relevância de escolhas de design 
informadas na otimização da eficiência energética e na redução de perdas 
operacionais.
Avançamos para a análise prática com os ensaios de vazio e de curto-circuito, 
que se mostraram ferramentas valiosas na caracterização das propriedades 
dos transformadores. Através desses ensaios, obtivemos insights cruciais 
sobre as perdas no núcleo e nos enrolamentos, a impedância de curto-cir-
cuito e outras características operacionais fundamentais. Esses procedi-
mentos experimentais não apenas complementam a compreensão teórica 
com experiência prática, mas também são essenciais para a manutenção, o 
diagnóstico e a otimização de transformadores em aplicações reais.
A integração dos conceitos de circuitos equivalentes ofereceu uma pode-
rosa ferramenta analítica, permitindo a simulação e a previsão do compor-
tamento dos transformadores sob diversas condições de carga. Esta abor-
dagem nos capacita a projetar e a analisar sistemas elétricos com maior 
precisão, garantindo a compatibilidade e a eficiência dos transformadores 
dentro do contexto mais amplo dos sistemas de energia elétrica.
42
Conversão Eletromecânica da Energias
Em suma, a presente Unidade não somente forneceu uma sólida compre-
ensão dos fundamentos que regem os transformadores monofásicos e suas 
aplicações práticas, mas também nos equipou com as competências neces-
sárias para o engajamento efetivo no design, na análise e na implementação 
desses dispositivos críticos. À medida que se avança nos estudos, serão explo-
radas novas dimensões da engenharia elétrica. Os conhecimentos e habili-
dades desenvolvidos aqui servirão como alicerce essencial para enfrentar os 
desafios e aproveitar as oportunidades no campo da conversão eletromecâ-
nica de energia.
43
Conversão Eletromecânica daEnergias
MATERIAL COMPLEMENTAR
Para saber mais sobre esse tema, leia os artigos a seguir.
1. ALVES, A. L. Obtenção e análise de laços de histerese magnética: uma 
inserção de estudantes em pesquisas de magnetismo. Rev. Bras. 
Ensino Fís., v. 45, 2023. Disponível em: https://doi.org/10.1590/1806-9126-
RBEF-2023-0126. Acesso em: 26 jun. 2024.
2. BATISTA, T. C. et al. Sistema automático para ensaios de perdas em núcleos 
de transformadores monofásicos. IEEE/IAS International Conference on 
Industry Applications, 9., 2010. Disponível em: https://www.researchgate.
net/publication/228534679. Acesso em: 26 jun. 2024.
3. LUCIANO, B. et al. Medições das perdas e da corrente de excitação em 
transformadores monofásicos de baixa potência com núcleo de liga 
amorfa: antes e depois do processo de oxidação. Semetro, 8., 2009. Dispo-
nível em: https://www.researchgate.net/publication/266875175. Acesso 
em: 26 jun. 2024.
4. LUCIANO, B. et al. Transformadores monofásicos com núcleo de liga 
amorfa em sistemas de distribuição de energia elétrica rurais. Seminário 
Nacional de Distribuição de Energia Elétrica, 19., 2010. Disponível em: 
https://www.cgti.org.br/publicacoes/transformadores-monofasicos-com-
-nucleo-de-liga-amorfa-em-sistemas-de-distribuicao-de-energia-eletri-
ca-rurais/. Acesso em: 26 jun. 2024.
5. MALAGOLI, J. A. et al. Projeto de transformador monofásico utilizando o 
algoritmo de evolução diferencial. Congresso Nacional de Matemática 
Aplicada à Indústria, 2014. Disponível em: https://pdf.blucher.com.br/
mathematicalproceedings/cnmai2014/0051.pdf. Acesso em: 26 jun. 2024.
Conversão Eletromecânica da Energia
44
OBJETIVOS
Ao final desta unidade, esperamos que possa:
Diferenciar os transformadores trifásicos 
dos monofásicos e suas aplicações.
Compreender a construção e o funciona-
mento de autotransformadores e trans-
formadores de múltiplos enrolamentos.
UNIDADE 3
45
Conversão Eletromecânica da Energias
3 TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS E ESPECIAIS
Na presente Unidade, estudaremos o domínio dos transformadores trifásicos 
e especiais, expandindo nosso entendimento além dos limites dos trans-
formadores monofásicos para explorar a complexidade e a versatilidade 
que esses dispositivos fundamentais oferecem ao mundo da engenharia 
elétrica. Este material de estudo é dedicado a diferenciar claramente os 
transformadores trifásicos dos monofásicos, elucidando as suas aplicações 
específicas em diversos contextos industriais e de distribuição de energia, 
em que a eficiência, a confiabilidade e a capacidade de manipulação de 
cargas pesadas são cruciais. Além disso, mergulhamos na construção e no 
funcionamento de autotransformadores e transformadores de múltiplos 
enrolamentos, abordando suas características únicas, vantagens e desafios. 
A seção “Transformadores em circuitos trifásicos”, irá nos guiar através dos 
princípios de operação, configurações e benefícios dos sistemas trifásicos, 
ressaltando como eles facilitam a transmissão eficiente de energia elétrica 
em larga escala. Em contrapartida, a seção que trata dos “Autotransforma-
dores e transformadores de múltiplos enrolamentos”, aprofunda-se em tipos 
especiais de transformadores que oferecem soluções inovadoras para requi-
sitos específicos, como redução de custos e espaço, além de fornecer flexibi-
lidade em aplicações de ajuste de tensão. Ao final desta Unidade, você terá 
uma compreensão sólida das diferenças fundamentais e das aplicações dos 
transformadores trifásicos em comparação aos monofásicos, mas também 
estará equipado com conhecimento aprofundado sobre as configurações 
avançadas de transformadores que desempenham papéis vitais em sistemas 
de energia modernos e eficientes.
3.1 TRANSFORMADORES EM CIRCUITOS TRIFÁSICOS
Ao examinarmos os transformadores em circuitos trifásicos, mergulhamos 
no estudo dos transformadores projetados para operar em sistemas de 
energia que utilizam uma configuração trifásica. Tais sistemas são a espinha 
dorsal da maioria das redes de distribuição de energia elétrica, devido a sua 
eficiência superior na transmissão de energia em longas distâncias e à sua 
46
Conversão Eletromecânica da Energias
capacidade de alimentar cargas de alta potência, tanto industriais quanto 
residenciais. Transformadores trifásicos, portanto, são fundamentais para 
essas operações, oferecendo uma solução eficaz para converter tensões e 
correntes, mantendo ao mesmo tempo, a configuração trifásica do sistema.
Neto e Carvalho (2012), explicam que a configuração trifásica se refere à 
utilização de três Correntes Alternadas (AC), que são geradas e distribuídas 
por estarem desfasadas entre si por 120 graus. Esta característica propor-
ciona um equilíbrio de carga e uma entrega de energia mais constante, 
comparado aos sistemas monofásicos. Transformadores trifásicos são proje-
tados para aproveitar essa configuração, consistindo, tipicamente, de três 
bobinas, tanto no enrolamento primário quanto no secundário, que podem 
ser conectadas em diversas configurações, como estrela (Y) ou delta (Δ), 
dependendo das necessidades específicas da aplicação.
Saiba Mais
Uma vantagem significativa dos transformadores trifá-
sicos sobre seus equivalentes monofásicos é a eficiência 
de espaço e custo. Em vez de usar três unidades sepa-
radas para tratar cada fase, um único transformador trifá-
sico pode gerenciar todas as três fases, reduzindo o espaço 
físico necessário e diminuindo potencialmente os custos 
de fabricação e instalação. Além disso, essa configuração 
permite uma operação mais equilibrada e minimiza as 
perdas de energia, tornando o sistema mais eficiente.
Na operação de transformadores trifásicos, a escolha entre a conexão estrela 
(Y) ou delta (Δ) tem implicações diretas na tensão e na corrente em cada fase, 
assim como na capacidade do sistema de suportar cargas desequilibradas. 
De acordo com Nascimento Jr. (2014), a conexão em estrela é notável por 
permitir o acesso a um neutro, facilitando o fornecimento de sistemas com 
tensões duplas, enquanto a configuração delta é valorizada por sua robustez 
em face de cargas desequilibradas e sua capacidade de continuar operando 
mesmo se uma das fases falhar.
47
Conversão Eletromecânica da Energias
A análise técnica dos transformadores trifásicos também envolve o estudo 
das perdas de energia que ocorrem durante a operação. Essas perdas são 
geralmente categorizadas como perdas no núcleo, resultantes da histerese 
magnética e das correntes de Foucault no material do núcleo, e perdas no 
cobre, devido à resistência elétrica dos enrolamentos. O design e a escolha 
do material do núcleo, bem como a configuração dos enrolamentos, são 
fatores cruciais que influenciam a magnitude dessas perdas.
Curiosidade
Você sabia que as perdas por histerese e correntes de 
Foucault podem ser visualizadas fisicamente? Em alguns 
experimentos com materiais ferromagnéticos expostos a 
campos magnéticos alternados, é possível enxergar clara-
mente o aquecimento do material devido a essas perdas 
– um lembrete impressionante da energia que está sendo 
transformada de maneira invisível em nossos transforma-
dores todos os dias.
Além disso, o dimensionamento correto dos transformadores trifásicos é 
essencial para garantir que eles possam lidar com as cargas esperadas sem 
superaquecimento ou outros problemas operacionais. Isso envolve cálculos 
precisos relacionados à potência nominal, à tensão de operação e às carac-
terísticas de carga do sistema. A normatização técnica e os padrões de 
segurança desempenham papéis vitais nesse processo, assegurando que os 
transformadores sejam confiáveis e seguros para uso em ambientes comer-
ciais e residenciais.
O desempenho de um transformador trifásico em condições de carga dese-
quilibrada é outra área de estudo importante. Embora os sistemas trifásicos 
sejam projetados para operar com cargas equilibradas, desequilíbrios podem 
ocorrer devido a falhas no equipamento ou distribuição irregular de carga. 
Transformadores trifásicosdevem ser capazes de manejar essas condições 
sem eficiência reduzida ou danos ao equipamento, o que pode exigir carac-
terísticas de design específicas ou ajustes operacionais.
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Conversão Eletromecânica da Energias
Reis (2011) destaca que a manutenção preventiva é crucial para a longevi-
dade e o desempenho eficiente dos transformadores trifásicos. Isso inclui 
inspeções regulares, testes de diagnóstico para detectar sinais precoces 
de deterioração ou falhas iminentes, e a substituição oportuna de compo-
nentes que possam comprometer a operação segura e eficaz do sistema. Ao 
assegurar que estas práticas sejam rigorosamente seguidas, pode-se evitar 
interrupções inesperadas no fornecimento de energia, além de prolongar 
significativamente a vida útil dos transformadores trifásicos.
Para fixarmos a temática de transformadores trifásicos de forma prática, 
vamos considerar um exercício focado na determinação das tensões de 
linha e de fase em um sistema trifásico equilibrado, conectado em estrela 
(Y) e como estas tensões se relacionam quando o transformador é utilizado 
para converter para uma configuração de delta (Δ). Este tipo de exercício 
ajuda a compreender a aplicação direta dos transformadores trifásicos em 
sistemas de energia elétrica.
Exercício: tensões em um sistema trifásico com transformador
Suponha que temos um transformador trifásico conectado em estrela (Y) 
alimentando uma carga também em estrela (Y) com uma tensão de linha de 
400V. O objetivo é calcular as tensões de fase na carga e depois determinar 
qual seria a tensão de linha se esse mesmo transformador fosse reconfigu-
rado para alimentar a carga em delta (Δ).
Passo 1: determinar as tensões de fase na configuração estrela (Y)
Em um sistema trifásico equilibrado conectado em estrela (Y), a tensão de 
linha (VL) é √3 vezes a tensão de fase (Vϕ):
Substituindo VL=400V:
A tensão de fase na carga, quando conectada em estrela, é aproximada-
mente 230.94V. Esta é a tensão entre cada terminal da carga e o ponto 
neutro, mostrando que a tensão de fase é menor que a tensão de linha, 
49
Conversão Eletromecânica da Energias
característica importante na escolha entre conexões estrela ou delta, depen-
dendo das necessidades da aplicação.
Passo 2: tensões de linha na configuração delta (Δ)
Na configuração de delta (Δ), a tensão de linha é igual à tensão de fase, 
pois não há um ponto neutro referencial. Portanto, se o transformador fosse 
reconfigurado para alimentar a carga em delta, a tensão de linha seria igual 
à tensão de fase calculada anteriormente para a configuração estrela:
Na conversão para a configuração delta (Δ), a tensão de linha aplicada dire-
tamente à carga seria de 230.94V, o mesmo valor da tensão de fase na confi-
guração estrela. Isso indica que, ao mudar para uma configuração delta, a 
tensão aplicada aos dispositivos conectados diretamente entre as linhas 
seria reduzida em comparação com a tensão de linha original de 400V, 
impactando como a energia é distribuída e utilizada pela carga.
Conclusão: este exercício ilustra toda a flexibilidade dos sistemas trifásicos e 
o papel vital dos transformadores na adaptação das tensões para atender às 
exigências específicas de diferentes aplicações. A escolha entre as configu-
rações estrela e delta têm implicações diretas na tensão disponível para as 
cargas e os transformadores trifásicos facilitam essa adaptação de maneira 
eficiente. Ao compreender como calcular e interpretar essas tensões, os 
engenheiros podem projetar sistemas elétricos mais eficazes e seguros.
Para um exercício mais avançado no domínio de transformadores trifásicos, 
podemos abordar a análise de um sistema trifásico que opera sob carga 
desequilibrada, utilizando um transformador trifásico para compensar o 
desequilíbrio. Esse exercício ilustra não apenas a funcionalidade básica dos 
transformadores trifásicos, mas também sua aplicação em situações práticas 
de engenharia, onde o desequilíbrio de carga é comum e pode ter efeitos 
adversos sobre o sistema elétrico.
Exercício: compensação de desequilíbrio em um sistema trifásico com 
transformador trifásico
50
Conversão Eletromecânica da Energias
Considere um sistema trifásico onde as cargas conectadas a cada uma das 
três fases são diferentes, resultando em um desequilíbrio de carga. As cargas 
são as seguintes:
, , e 
O objetivo é utilizar um transformador trifásico para compensar esse dese-
quilíbrio, assegurando que a tensão nas três cargas seja igual e o sistema 
opere de forma equilibrada.
Passo 1: análise do desequilíbrio
Primeiro, analisamos o desequilíbrio calculando as correntes em cada fase, 
assumindo uma tensão de linha de 400V e uma configuração em estrela (Y) 
para simplificar: 
, onde 
Passo 2: especificação do transformador
Especificar um transformador trifásico que possa ajustar as tensões de fase 
para compensar o desequilíbrio requer o cálculo da nova relação de transfor-
mação para cada fase, para igualar as correntes ou as tensões nas cargas. Isso 
pode ser feito ajustando-se a relação de voltas do transformador conforme 
o desequilíbrio medido.
Passo 3: implementação da compensação
Aplicar a compensação envolve ajustar as relações de voltas no transfor-
mador trifásico de modo que as tensões de saída para cada carga sejam 
ajustadas para que as correntes através das cargas sejam equilibradas. A 
solução exata dependerá das características específicas do transformador e 
das cargas.
Após a implementação da compensação, a análise final deve mostrar que 
as correntes nas três fases são agora iguais, indicando que o desequilíbrio 
foi corrigido. Por exemplo, se as correntes ajustadas são todas iguais a Iajustada, 
isso demonstra que o transformador foi eficaz em compensar o desequilí-
brio inicial do sistema. O sucesso desta compensação pode ser verificado 
51
Conversão Eletromecânica da Energias
pela medição das tensões e correntes nas cargas após a implementação das 
modificações no transformador.
Conclusão: este exercício ilustra a importância dos transformadores trifá-
sicos não apenas na conversão de tensões, mas também na manutenção da 
estabilidade operacional de sistemas elétricos frente a desafios como cargas 
desequilibradas. Ele destaca a versatilidade dos transformadores trifásicos 
em aplicações práticas, demonstrando sua capacidade de adaptar-se a 
condições variáveis para manter a eficiência e a confiabilidade do sistema 
elétrico.
3.2 AUTOTRANSFORMADORES E TRANSFORMADORES 
DE MÚLTIPLOS ENROLAMENTOS
Autotransformadores representam uma faceta intrigante da tecnologia de 
transformadores, distinguindo-se pela sua configuração única que permite 
uma função dupla para uma única bobina, que atua tanto como primário 
quanto como secundário. Como bem explica Simone e Creppe (2010), este 
design inovador se baseia no princípio da indução eletromagnética, simi-
larmente aos transformadores convencionais, mas com uma abordagem 
que permite uma eficiência de espaço e material notavelmente superior. 
Ao utilizar uma parte da bobina como enrolamento primário e outra parte 
como secundário, os autotransformadores podem transferir energia elétrica 
entre circuitos de tensão diferente com grande eficácia, aproveitando a 
variação da tensão induzida ao longo de sua extensão.
A singularidade dos autotransformadores não reside apenas em sua cons-
trução, mas também nas vantagens significativas que oferecem. Uma 
das mais notáveis é a redução de custo e tamanho em comparação aos 
transformadores convencionais. A utilização de menos material condutor, 
devido à sobreposição dos enrolamentos primário e secundário, leva a uma 
economia substancial de recursos, tornando os autotransformadores uma 
opção econômica para muitas aplicações. Além disso, como apontam Ayres 
e Ayres (2012), a sua eficiência é frequentemente maior, pois as perdas por 
corrente de Foucault e histerese são minimizadas pela natureza integrada 
de seu design.
52
Conversão Eletromecânica da Energias
No entanto, osautotransformadores não são isentos de limitações. Uma 
desvantagem crítica é a falta de isolamento elétrico entre os circuitos 
primário e secundário. Esta característica pode ser um fator de risco em 
aplicações que exigem um alto grau de isolamento para proteção ou inte-
gridade do circuito. A conexão direta também implica que perturbações 
elétricas, como surtos de tensão, podem se propagar do primário para o 
secundário e vice-versa, potencialmente causando danos aos equipamentos 
conectados.
As aplicações dos autotransformadores são vastas e variadas, destacando-se 
particularmente com situações em que os benefícios superam as suas limita-
ções. Segundo Bezerra (2018), uma aplicação comum é no ajuste de tensão 
para arranques de motores elétricos, em que a capacidade do autotransfor-
mador de fornecer uma tensão de partida reduzida pode resultar em arran-
ques mais suaves e com menor consumo de corrente. Isso é especialmente 
útil em sistemas industriais, nos quais o arranque direto de motores de alta 
potência pode levar a quedas de tensão indesejáveis na rede elétrica.
Além disso, os autotransformadores são frequentemente utilizados em 
sistemas de transmissão de energia elétrica para a interconexão de redes 
com diferentes tensões. Sua eficiência na transferência de energia e capaci-
dade de ajuste fino da tensão os tornam ideais para essa finalidade, contri-
buindo para a estabilidade e a confiabilidade do fornecimento de energia.
53
Conversão Eletromecânica da Energias
Figura 1: Autotransformador em sistema de transmissão de energia 
elétrica
Fonte: Elaborada pelo autor, 2024. 
#PraTodosVerem: Na imagem, há uma ilustração artística que mostra um autotransfor-
mador em uso num sistema de transmissão de energia, destacando o seu papel na inter-
conexão de redes elétricas com diferentes tensões. Esta cena ilustra a eficiência do auto-
transformador na transferência de energia e sua capacidade de ajustar os níveis de tensão, 
enfatizando sua contribuição para a estabilidade e confiabilidade da fonte de alimentação.
Apesar das vantagens, a escolha de um autotransformador deve ser feita 
com cautela, considerando a necessidade de isolamento elétrico e a 
54
Conversão Eletromecânica da Energias
potencial exposição a distúrbios elétricos. Em ambientes em que a segu-
rança e o isolamento são prioritários, os transformadores convencionais com 
isolamento galvânico entre os enrolamentos podem ser mais apropriados, 
apesar de seu tamanho e custo maiores.
Reflita
Em engenharia, a busca pela eficiência e economia deve 
ser equilibrada com a responsabilidade de garantir segu-
rança e confiabilidade. Como suas escolhas como profis-
sional refletem esse equilíbrio?
A decisão de utilizar um autotransformador passa, portanto, por uma análise 
cuidadosa das exigências específicas da aplicação, incluindo fatores como 
a necessidade de economia, a exigência de eficiência e as considerações de 
segurança. O conhecimento aprofundado das características, vantagens e 
limitações dos autotransformadores é essencial para engenheiros e proje-
tistas ao selecionar o componente mais adequado para cada situação.
Em resumo, os autotransformadores ocupam um lugar único no espectro de 
soluções para o manejo e a transformação de energia elétrica. Seu princípio 
de funcionamento, que efetivamente combina os enrolamentos primário 
e secundário em uma única entidade, oferece uma série de benefícios 
práticos que podem ser aproveitados em uma ampla gama de aplicações. 
No entanto, essas vantagens vêm acompanhadas de desafios específicos, 
especialmente no que diz respeito ao isolamento e à proteção contra distúr-
bios elétricos. Reis (2021) frisa que a avaliação criteriosa desses fatores é 
fundamental para garantir que a implementação de autotransformadores 
atenda tanto às necessidades operacionais quanto aos padrões de segu-
rança. Assim, ao considerar o uso de autotransformadores em projetos de 
engenharia elétrica, é imprescindível equilibrar suas características intrín-
secas com as exigências técnicas e de segurança da aplicação em questão, 
assegurando uma solução eficaz e confiável para a transformação de energia 
elétrica.
55
Conversão Eletromecânica da Energias
Por sua vez, os transformadores de múltiplos enrolamentos representam 
uma evolução significativa na funcionalidade dos sistemas de transformação 
de energia, permitindo uma maior flexibilidade e adaptação a necessidades 
específicas de distribuição e controle de energia, como explicado por Bim 
(2018). Ao contrário dos autotransformadores, que possuem uma única 
bobina atuando como primário e secundário, os transformadores de múlti-
plos enrolamentos dispõem de dois ou mais enrolamentos secundários inde-
pendentes, cada um capaz de fornecer tensões e correntes distintas. Esta 
característica os torna particularmente valiosos em aplicações onde dife-
rentes níveis de tensão são requeridos simultaneamente, como em sistemas 
de alimentação de equipamentos industriais ou em instalações que neces-
sitam de múltiplas tensões de saída para operação.
A introdução ao conceito dos transformadores de múltiplos enrolamentos 
envolve compreender sua estrutura e funcionamento. Cada enrolamento 
secundário é isolado eletricamente dos outros e do enrolamento primário, 
permitindo que diferentes cargas sejam alimentadas independentemente, 
sem interferência entre elas. Esse isolamento também contribui para a segu-
rança do sistema, minimizando o risco de curtos-circuitos ou sobrecargas 
entre as diferentes saídas.
A distinção fundamental entre autotransformadores e transformadores 
de múltiplos enrolamentos reside na capacidade dos últimos de oferecer 
isolamento elétrico completo entre os circuitos primário e secundário. Essa 
propriedade é especialmente crítica em aplicações que demandam altos 
níveis de segurança ou em que as cargas conectadas são sensíveis a distúr-
bios elétricos.
Para calcular as relações de transformação tanto em autotransformadores 
quanto em transformadores de múltiplos enrolamentos, é necessário 
compreender a relação entre as tensões e as correntes desejadas nas saídas. 
A relação de transformação é determinada pela razão entre o número de 
voltas dos enrolamentos primário e secundário, ajustada para fornecer a 
tensão de saída necessária. Em transformadores de múltiplos enrolamentos, 
essa relação pode variar significativamente entre os diferentes enrolamentos 
secundários, permitindo uma grande versatilidade na configuração das 
tensões de saída.
56
Conversão Eletromecânica da Energias
Segundo Nascimento Jr. (2014), o cálculo preciso das relações de transfor-
mação é essencial para garantir que as tensões de saída atendam às especifi-
cações requeridas para cada carga conectada ao transformador. Isso envolve 
não apenas uma compreensão teórica das leis eletromagnéticas que regem 
o funcionamento dos transformadores, mas também a habilidade de aplicar 
esses princípios de forma prática, considerando as características específicas 
do sistema elétrico e das cargas a serem alimentadas.
Os ensaios e diagnósticos são componentes críticos na avaliação da efici-
ência, das perdas e do desempenho dos transformadores de múltiplos enro-
lamentos sob diversas condições de carga. Estes testes são projetados para 
simular as condições operacionais reais e podem incluir ensaios de carga, 
ensaios de resistência de isolamento, medições de perdas no núcleo e nos 
enrolamentos, e testes de resposta em frequência. Através desses ensaios, 
é possível identificar potenciais problemas de desempenho antes que eles 
resultem em falhas operacionais, permitindo a manutenção preventiva e a 
otimização do transformador.
Além de garantir a operação eficiente e segura dos transformadores, os 
ensaios e diagnósticos desempenham um papel fundamental na identi-
ficação de oportunidades para melhorias no design e na implementação 
de estratégias de economia de energia. Por exemplo, a análise detalhada 
das perdas de energia pode indicara necessidade de ajustes na relação de 
transformação ou sugerir a substituição de materiais nos enrolamentos para 
reduzir as perdas por corrente de Foucault e histerese.
Atenção
Nunca subestime a importância de manter registros 
precisos dos ensaios e diagnósticos, pois estes dados são 
cruciais para análises futuras e tomadas de decisão infor-
madas.
Em resumo, os transformadores de múltiplos enrolamentos oferecem uma 
solução poderosa e flexível para as demandas complexas dos sistemas 
57
Conversão Eletromecânica da Energias
elétricos modernos, permitindo a distribuição de energia em múltiplos 
níveis de tensão com alta eficiência e segurança. O cálculo cuidadoso das 
relações de transformação, juntamente com ensaios e diagnósticos rigo-
rosos, são essenciais para maximizar o desempenho desses transformadores 
e garantir sua longevidade e confiabilidade operacional. Ao aplicar técnicas 
apropriadas de análise e implementar procedimentos de teste detalhados, é 
possível otimizar a utilização de transformadores de múltiplos enrolamentos 
em uma variedade de aplicações, desde sistemas de distribuição de energia 
até equipamentos industriais e dispositivos eletrônicos de consumo. Essa 
abordagem integrada assegura que os transformadores não apenas atendam 
às necessidades específicas de cada aplicação, mas também contribuam 
para a estabilidade e eficiência do sistema elétrico na totalidade.
58
Conversão Eletromecânica da Energias
CONCLUSÃO
Ao concluir esta unidade sobre transformadores trifásicos e especiais, conso-
lidamos um entendimento abrangente desses dispositivos cruciais no 
contexto dos sistemas elétricos modernos. A exploração detalhada dos auto-
transformadores e dos transformadores de múltiplos enrolamentos, junta-
mente com suas aplicações, vantagens e desafios, revelou a complexidade 
e a versatilidade inerentes a essas tecnologias. A compreensão do funcio-
namento e das implicações dos autotransformadores, com sua configu-
ração única que economiza material ao combinar os enrolamentos primário 
e secundário, nos ofereceu percepções sobre como a eficiência e o custo 
podem ser otimizados em determinadas situações, apesar das limitações 
relacionadas ao isolamento elétrico.
Por outro lado, os transformadores de múltiplos enrolamentos destaca-
ram-se pela sua capacidade de fornecer múltiplas tensões de saída a partir 
de uma única fonte, adaptando-se com flexibilidade a variadas necessidades 
de carga dentro de sistemas elétricos complexos. A habilidade de calcular 
precisamente as relações de transformação para esses dispositivos, basean-
do-se nas tensões e correntes desejadas, emergiu como uma competência 
essencial para engenheiros e técnicos, permitindo a implementação eficaz 
desses transformadores em aplicações que vão desde a distribuição de 
energia até equipamentos industriais específicos.
Os ensaios e diagnósticos desempenham um papel fundamental na garantia 
da eficiência, confiabilidade e segurança dos transformadores trifásicos e 
especiais. Mediante métodos de teste específicos, podemos avaliar o desem-
penho sob diversas condições de carga, identificar e corrigir perdas, e asse-
gurar que os transformadores operem dentro das especificações, prolon-
gando sua vida útil e mantendo a integridade dos sistemas aos quais estão 
integrados.
Esta unidade destacou, portanto, não apenas os aspectos técnicos dos 
transformadores trifásicos e especiais, mas também a importância de uma 
abordagem holística que inclui o design cuidadoso, a análise precisa e a 
manutenção preventiva. Esses elementos são essenciais para maximizar o 
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Conversão Eletromecânica da Energias
desempenho e a eficiência energética, ao mesmo tempo, em que se mini-
mizam os riscos e os custos operacionais.
Em resumo, esta unidade ofereceu uma visão profunda sobre os transforma-
dores trifásicos e especiais, equipando os estudantes com o conhecimento 
e as habilidades necessárias para enfrentar os desafios contemporâneos na 
engenharia elétrica. À medida que avançamos para futuras unidades, levamos 
conosco uma base sólida sobre a qual podemos construir uma compreensão 
ainda mais profunda dos sistemas elétricos e da sua importância crítica na 
infraestrutura moderna.
60
Conversão Eletromecânica da Energias
MATERIAL COMPLEMENTAR
Para saber mais sobre o tema, leia os artigos a seguir.
1. BRIGHENTI, L. et al. Proposta de geometrias de núcleos usados em acopla-
mentos de sistemas através do fluxo magnético. Seminário de Eletrônica 
de Potência Controle, 11., 2018. Disponível em: https://repositorio.ufsm.
br/bitstream/handle/1/30447/submission-91684-703037-f ield_submis-
sion_abstract_file2.pdf. Acesso em: 26 jun. 2024.
2. CAVACO, M. et al. Avaliação preliminar na medição automatizada da 
concentração de gases dissolvidos em óleo isolante de múltiplos trans-
formadores de potência. Congresso Latino-Americano de Metrologia, 
4., 2004. Disponível em: https://www.researchgate.net/profile/Marco-Ca-
vaco-4/publication/267556738. Acesso em: 15 abr. 2024.
3. FARIAS, G. R. et al. Transformadores para retificadores com múltiplos 
pulsos: cálculos comparativos para as configurações delta estendido, 
ziguezague e polígono. Seminário de Eletrônica de Potência Controle, 6. 
2012. Disponível em: https://www.researchgate.net/profile/Adriano-Peres/
publication/280134437. Acesso em: 26 jun. 2024.
4. FERNANDES, R. C.; OLIVEIRA JR., A. A. de O. Tópicos selecionados sobre 
o estado-da-arte em transferência indutiva de potência. Eletrônica de 
Potência, v. 19, n. 1, 2013. Disponível em: https://journal.sobraep.org.br/
index.php/rep/article/view/361/324. Acesso em: 26 jun. 2024.
5. PAPPIS, C. Modelagem de transformadores para simulação de transitó-
rios eletromagnéticos de alta frequência. Seminário de Eletrônica de 
Potência Controle, 15., 2023. Disponível em: https://repositorio.ufsm.br/
bitstream/handle/1/30556/Final_26.pdf?sequence=1&isAllowed=y. Acesso 
em: 15 abr. 2024.
Conversão Eletromecânica da Energia
61
OBJETIVOS
Ao final desta unidade, esperamos que possa:
Entender os princípios básicos 
de conversão eletromecânica de 
energia.
Analisar os fatores que influenciam 
a eficiência e o torque nas máquinas 
elétricas.
UNIDADE 4
62
Conversão Eletromecânica da Energias
4 PRINCÍPIOS DE CONVERSÃO ELETROMECÂNICA
Nesta Unidade, adentramos o fascinante mundo dos princípios de conversão 
eletromecânica, uma área de grande protagonismo no campo da enge-
nharia elétrica, que tem implicações profundas em quase todos os aspectos 
da tecnologia moderna. Esta unidade é projetada para desvendar os princí-
pios básicos que regem a conversão eletromecânica de energia, explorando 
como a energia elétrica é transformada em energia mecânica e vice-versa, 
um processo fundamental para o funcionamento de inúmeras máquinas 
e dispositivos que permeiam nosso cotidiano. Exploremos os fatores que 
influenciam a eficiência e o torque nas máquinas elétricas, dois aspectos 
críticos que determinam o desempenho, a viabilidade e a sustentabili-
dade das tecnologias de conversão de energia. A primeira seção, “Funda-
mentos de conversão de energia”, estabelece a base teórica, introduzindo 
conceitos como campos magnéticos rotativos, indução eletromagnética e as 
leis fundamentais que governam a interação entre eletricidade e mecânica. 
Em seguida, a seção “Aspectos de eficiência e torque em máquinas”, apro-
funda-se na análise desses fatores determinantes, investigando como eles 
são influenciados por design, materiais, métodos de controle e condições 
operacionais. Esta apreciação dos princípios e práticas da conversão eletro-
mecânica não apenas amplia a compreensão teórica, mas também equipa 
os estudantes com o conhecimento essencial para inovar, otimizar e aplicar 
esses conceitos em soluções de engenharia práticas e eficazes, marcando 
um passo importante na jornada de qualquer futuro engenheiro elétrico ou 
entusiasta da tecnologia.
4.1 FUNDAMENTOS DE CONVERSÃO DE ENERGIA
Cabe-nos aqui, mergulhar nos princípiosessenciais que regem a transfor-
mação de energia de uma forma para outra, especificamente focando na 
conversão eletromecânica. Este processo é a pedra angular no funcionamento 
das máquinas elétricas, permitindo que a energia elétrica seja convertida 
em energia mecânica e vice-versa. Segundo Neto e Carvalho (2012), a base 
teórica dessa conversão repousa sobre as leis fundamentais do eletromag-
63
Conversão Eletromecânica da Energias
netismo, principalmente a Lei de Faraday de indução eletromagnética, que 
descreve como uma variação do fluxo magnético por meio de um circuito 
gera uma tensão elétrica induzida.
Reflita
Como as descobertas de séculos passados continuam 
a moldar o mundo moderno em que vivemos, transfor-
mando teorias em inovações práticas que impulsionam o 
nosso dia a dia?
Um aspecto crítico dessa conversão é a interação entre campos magnéticos 
e correntes elétricas, que pode ser utilizada para produzir força ou movi-
mento. Isso é evidenciado na operação de motores elétricos, em que correntes 
elétricas em enrolamentos em um campo magnético geram força mecânica. 
Da mesma forma, geradores trabalham sob o princípio inverso, convertendo 
movimento mecânico em energia elétrica através da indução eletromagné-
tica. A compreensão desses princípios é crucial para a concepção, análise e 
otimização de máquinas elétricas em termos de desempenho, eficiência e 
confiabilidade.
Na prática, a eficiência da conversão eletromecânica é significativamente 
influenciada pela qualidade do material utilizado, especialmente o material 
do núcleo magnético e pelo design da máquina. Materiais com altas perme-
abilidades magnéticas e baixas perdas por histerese e correntes de Foucault 
são preferíveis para minimizar as perdas energéticas internas. O design 
otimizado dos enrolamentos e a seleção apropriada do tipo de máquina 
para uma aplicação específica também desempenham papéis fundamen-
tais em maximizar a eficiência energética.
O torque produzido por uma máquina elétrica é outro foco central de análise. 
Ele é influenciado pela intensidade do campo magnético, pela corrente 
nos enrolamentos e pela forma como o campo e a corrente interagem. Na 
prática, o torque é a força motriz por trás do movimento mecânico gerado ou 
consumido pela máquina, sendo diretamente proporcional ao produto da 
64
Conversão Eletromecânica da Energias
força magnética e a distância do braço de alavanca. Entender essa relação é 
essencial para o design e a aplicação de máquinas elétricas, especialmente 
quando se busca otimizar a conversão de energia para aplicações de alta 
potência ou controle preciso de movimento.
Outra consideração importante é a regulação de velocidade das máquinas 
elétricas, que está intimamente ligada à eficiência da conversão de energia. 
A capacidade de controlar a velocidade de um motor elétrico, por exemplo, 
permite um ajuste fino do desempenho da máquina às necessidades espe-
cíficas da carga que está sendo acionada. Isso é geralmente alcançado 
mediante métodos eletrônicos de controle, como inversores de frequência, 
que ajustam a tensão e a frequência da alimentação elétrica ao motor.
Nesse sentido, um aspecto relevante e, por algum motivo, curiosamente 
subestimado, é a importância do dimensionamento adequado do sistema 
de controle para a máquina específica em uso. Ocorre que, não raro, a ênfase 
é colocada no motor ou na máquina elétrica em si, enquanto o sistema 
de controle, que efetivamente gerencia a operação da máquina, pode 
não receber a atenção detalhada necessária para otimizar totalmente seu 
desempenho! Ora, um sistema de controle bem projetado e adequada-
mente dimensionado pode fazer uma diferença significativa na eficiência 
energética, no torque disponível e na capacidade de resposta do motor a 
cargas variáveis. Ao considerar não apenas a máquina, mas também como 
ela é controlada, os engenheiros podem alcançar melhorias substanciais na 
eficiência global do sistema, na confiabilidade e na vida útil da aplicação. 
Este aspecto holístico da engenharia de sistemas eletromecânicos é crucial 
para a inovação e para a sustentabilidade das tecnologias de conversão de 
energia.
A dissipação de calor é um fator crítico no design de máquinas elétricas, pois 
o calor gerado pelas perdas internas durante a conversão de energia pode 
afetar adversamente a eficiência e a durabilidade da máquina. Sistemas 
eficazes de resfriamento e ventilação são, portanto, essenciais para manter 
a temperatura operacional dentro de limites seguros, garantindo assim o 
funcionamento eficiente e prolongando a vida útil da máquina.
Sendo assim, adotar medidas como a implementação de sistemas de 
resfriamento por líquido ou ar forçado, além do uso de materiais com alta 
65
Conversão Eletromecânica da Energias
condutividade térmica nos componentes internos, pode significativamente 
melhorar a gestão térmica em máquinas elétricas. Sistemas de resfriamento 
por líquido, por exemplo, podem ser particularmente eficazes na remoção 
de calor de áreas críticas, graças à sua capacidade de conduzir calor rapi-
damente e em excesso, mantendo a temperatura operacional baixa mesmo 
sob altas cargas. Da mesma forma, a ventilação forçada, através do uso de 
ventiladores ou sopradores, pode ajudar a dispersar o calor acumulado, 
evitando pontos quentes que poderiam levar a falhas prematuras. Além 
disso, o design estratégico da carcaça e dos componentes internos, visando 
a maximização do fluxo de ar ou de líquido de resfriamento, pode otimizar 
a transferência de calor para o ambiente, assegurando que a máquina opere 
de forma eficiente e confiável. Medidas como essas, quando bem aplicadas, 
contribuem não só para a eficiência energética, mas também para a susten-
tabilidade do sistema, reduzindo a necessidade de manutenção e substi-
tuição de componentes ao longo do tempo.
Outro importante aspecto é o princípio de conservação de fluxo, algo funda-
mental na engenharia de máquinas elétricas, especialmente quando se trata 
de transformadores e motores. Segundo Simone e Creppe (2010), este prin-
cípio postula que, em um circuito magnético fechado, o fluxo magnético 
é conservado e guiado de maneira eficiente através do núcleo magnético. 
Isso significa que o projeto do núcleo deve ser tal que minimize as perdas 
magnéticas e maximize a condução do fluxo magnético através das áreas 
desejadas. Em transformadores, por exemplo, o núcleo de material ferro-
magnético serve como um caminho de baixa relutância para o fluxo magné-
tico gerado pelo enrolamento primário, garantindo que a maioria desse 
fluxo seja acoplada ao enrolamento secundário para uma transferência de 
energia eficaz.
A aplicação eficiente do princípio da conservação de fluxo requer um design 
cuidadoso do núcleo magnético, considerando tanto a forma quanto o 
material. O uso de materiais com alta permeabilidade magnética é prefe-
rível, pois esses materiais facilitam o fluxo do campo magnético e reduzem 
as perdas por histerese e correntes de Foucault. Na prática, isso se traduz em 
núcleos laminados ou compostos por materiais avançados que possuem as 
propriedades magnéticas desejadas. Além disso, a configuração geométrica 
do núcleo, seja em forma de anel para transformadores toroidais ou em 
66
Conversão Eletromecânica da Energias
configurações de E-I para transformadores mais tradicionais, é otimizada 
para promover um caminho fechado eficiente para o fluxo magnético, mini-
mizando o vazamento magnético e melhorando a eficiência da conversão 
eletromecânica.
Além de sua importância no design de transformadores e motores, o prin-
cípio da conservação de fluxo também tem implicações significativas no 
desempenho e na eficiência energética dessas máquinas. Ao garantir que 
o fluxo magnético seja bem conduzido e conservado dentro do núcleo, as 
máquinas elétricas podem operar mais próximo de suas capacidades ideais, 
com menores perdas energéticas e melhor desempenho geral. Segundo Reis 
(2011), isso não apenas aumenta aeficiência das máquinas, mas também 
contribui para a sustentabilidade dos sistemas de energia, reduzindo o 
consumo de energia e a produção de calor desnecessários.
Por sua vez, a Lei de Lenz é um pilar na compreensão da dinâmica eletro-
magnética, estabelecendo que a corrente induzida em um circuito devido à 
mudança no fluxo magnético, resultando numa direção tal que seu campo 
magnético se opõe à mudança que a produziu. Conforme Neto e Carvalho 
(2012), essa lei não apenas assegura a conservação da energia, mas também 
fornece uma orientação fundamental para o design de máquinas elétricas, 
permitindo otimizações que melhoram a eficiência da conversão de energia. 
Ao aplicar a Lei de Lenz no desenvolvimento de motores e geradores, os 
engenheiros podem prever e controlar as forças contrárias geradas pela 
indução, refinando o desempenho e a resposta das máquinas às variações 
de carga.
67
Conversão Eletromecânica da Energias
Saiba Mais
A Lei de Lenz é expressa como:
Em que (ε) é a força eletromotriz induzida, (Φ) é o fluxo 
magnético, e é a taxa de mudança do fluxo magné-
tico com o tempo. Segundo Neto e Carvalho (2012), o sinal 
negativo na equação é a representação direta da lei, indi-
cando que a direção da força induzida é tal que se opõe à 
mudança no fluxo magnético que a gerou. Isso é crucial, 
pois ajustes precisos no campo magnético levam a melho-
rias significativas na eficiência e no controle de torque.
Ainda precisamos contemplar a análise de circuitos magnéticos equiva-
lentes, que oferece uma ferramenta poderosa para desvendar o compor-
tamento interno das máquinas elétricas, permitindo uma visão detalhada 
das perdas magnéticas, da distribuição de fluxo e dos efeitos de saturação 
do núcleo. O fato é que essa análise é crucial para identificar e minimizar 
as ineficiências, garantindo que o design do núcleo magnético e dos enro-
lamentos seja otimizado para reduzir as perdas por histerese e correntes de 
Foucault, melhorando assim a eficiência global das máquinas. Ao compre-
ender como o fluxo magnético se distribui e é afetado por diferentes mate-
riais e geometrias, os engenheiros podem criar máquinas mais eficientes e 
robustas, em linha com o que preconiza Bim (2018).
Por exemplo, ao aplicar a análise de circuitos magnéticos equivalentes em 
um projeto de motor elétrico, os engenheiros podem simular como o fluxo 
magnético atravessa o núcleo de ferro e interage com os enrolamentos. Isso 
permite a identificação de áreas onde o fluxo é excessivo, levando à saturação 
do núcleo, ou onde o fluxo é insuficiente, resultando em uma transferência 
de energia menos eficiente. Ajustando o design do núcleo, seja alterando 
sua forma ou o material, é possível otimizar a distribuição do fluxo magné-
tico. Isso não só melhora a eficiência da máquina no todo, mas também 
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Conversão Eletromecânica da Energias
pode aumentar significativamente o seu torque de saída e a sua resposta 
dinâmica sob cargas variáveis. 
Além disso, a consideração cuidadosa das perdas magnéticas durante a 
fase de design influencia diretamente a eficiência operacional e o custo de 
operação das máquinas elétricas. Por meio de técnicas avançadas como a 
laminação do núcleo, que reduz as correntes de Foucault e a seleção de mate-
riais com baixas perdas por histerese, os engenheiros podem desenvolver 
máquinas que não apenas atendem, mas superam as exigências de desem-
penho energético. Essa abordagem holística, fundamentada na análise de 
circuitos magnéticos equivalentes, é essencial para avançar no desenvolvi-
mento de tecnologias eletromecânicas mais sustentáveis e eficientes.
Também é preciso entender a dinâmica dos sistemas eletromecânicos, 
aspecto primordial para projetar máquinas elétricas que operem eficazmente 
sob uma gama variada de condições. A análise da resposta transitória e do 
comportamento dinâmico dessas máquinas durante o arranque, as varia-
ções de carga e as condições de falha permite aos engenheiros desenvolver 
sistemas mais resilientes e adaptáveis. De acordo com Reis (2021), isso não 
apenas melhora a confiabilidade e a segurança operacional, mas também 
assegura que as máquinas elétricas possam entregar o desempenho exigido 
em aplicações críticas, desde sistemas de propulsão até geradores de emer-
gência.
Curiosidade
Você sabia que o estudo da dinâmica dos sistemas eletro-
mecânicos remonta ao século XIX, quando os primeiros 
motores elétricos e geradores começaram a ser desen-
volvidos? Como bem explica Reis (2011), esses pioneiros 
da engenharia elétrica já reconheciam a importância de 
entender como as máquinas respondiam a diferentes 
demandas, um conhecimento que continua essencial na 
era moderna da robótica e dos veículos elétricos.
69
Conversão Eletromecânica da Energias
Por fim, o comportamento não linear e a saturação do núcleo são aspectos 
críticos que impactam diretamente a eficiência e o desempenho das 
máquinas elétricas, como bem apontado por Bezerra (2018). A saturação 
ocorre quando um aumento no fluxo magnético não resulta em um 
aumento proporcional na indução magnética, devido à limitação da perme-
abilidade magnética do material do núcleo. Este fenômeno pode levar a um 
aumento significativo nas perdas magnéticas e a uma redução na eficiência 
operacional, especialmente sob altas cargas. Reconhecer e mitigar os efeitos 
da não linearidade e da saturação via designs inovadores do núcleo e de 
técnicas de controle avançadas são passos fundamentais para aprimorar a 
funcionalidade e a sustentabilidade das máquinas elétricas em um futuro 
energético mais eficiente.
4.2 ASPECTOS DE EFICIÊNCIA E TORQUE EM MÁQUINAS
Nesta seção, vamos aprofundar duas das características mais críticas no 
desempenho de máquinas elétricas: a eficiência na conversão de energia 
e a capacidade de geração de torque. Para Reis (2011), esses fatores são 
fundamentais para a engenharia e aplicação de qualquer dispositivo eletro-
mecânico, desde motores pequenos em dispositivos portáteis até grandes 
geradores em centrais elétricas.
70
Conversão Eletromecânica da Energias
Figura 1: Geradores em centrais elétricas
Fonte: Elaborada pelo autor, 2024. 
#PraTodosVerem: A imagem demonstra uma ilustração artística destacando grandes gera-
dores numa usina elétrica, ressaltando o seu papel crítico na geração de eletricidade para 
distribuição ampla. O quadro captura a essência de como essas maravilhas da engenharia 
operam dentro do contexto industrial das instalações de geração de energia.
Inicialmente, é essencial compreender que a eficiência de uma máquina 
elétrica é definida como a relação entre a potência de saída útil e a potência 
de entrada total. Esta métrica reflete quão bem uma máquina transforma 
71
Conversão Eletromecânica da Energias
energia elétrica em trabalho mecânico ou vice-versa, com perdas majori-
tariamente atribuídas a fenômenos como o calor gerado por resistência 
elétrica, histerese magnética, e correntes parasitas. Segundo Nascimento Jr. 
(2014), a maximização da eficiência envolve a minimização dessas perdas, 
um objetivo chave no design e otimização de máquinas elétricas.
O torque, por outro lado, é a força rotacional produzida por um motor ou 
necessária para girar um gerador, como explicado por Simone e Creppe 
(2010). Ele é influenciado por vários fatores, incluindo a intensidade do 
campo magnético, a corrente no enrolamento do rotor (ou armadura) e a 
distância do braço de alavanca, sendo a distância radial em que a força atua. 
Para Ayres e Ayres (2012), a compreensão do torque é vital para projetar 
máquinas que atendam às demandas específicas de carga de trabalho, 
desde o arranque sob carga até a operação em velocidade constante sob 
diferentes condições de carga.
Não obstante, a relação entre o torque e a velocidade angular em máquinas 
elétricas é também um aspecto de refinado interesse técnico, especial-
mente na caracterização da curva de torque em comparação a velocidade. 
Esta relação é fundamental para entender comouma máquina responde 
sob diversas condições operacionais. Para motores de indução, por exemplo, 
essa curva ilustra uma região de torque máximo, conhecida como torque 
de arranque, seguida por uma diminuição do torque à medida que a velo-
cidade aumenta, até alcançar o ponto de torque de operação estável. O 
entendimento desta curva é crucial para projetar sistemas de controle que 
possam efetivamente gerenciar a aceleração do motor e otimizar a aplicação 
de carga, especialmente em ambientes industriais em que as máquinas 
precisam iniciar sob cargas pesadas ou variáveis.
Além disso, a análise da curva de torque contra a velocidade permite aos 
engenheiros identificar o ponto de operação ótimo, no qual a eficiência 
energética e o desempenho mecânico se equilibram. Isso é particularmente 
importante em aplicações de veículos elétricos e sistemas automatizados de 
manufatura, em que a eficiência do torque impacta diretamente o consumo 
de energia e a capacidade de produção. Portanto, técnicas avançadas de 
modelagem e simulação são frequentemente empregadas no design dessas 
máquinas, permitindo uma previsão precisa do comportamento do torque 
em diferentes regimes de operação. A utilização de softwares de simulação 
72
Conversão Eletromecânica da Energias
computacional, aliada ao conhecimento profundo das propriedades magné-
ticas dos materiais e da dinâmica dos sistemas eletromecânicos, constitui 
a espinha dorsal do design moderno de máquinas elétricas, habilitando a 
criação de dispositivos mais eficientes, robustos e adaptáveis às necessi-
dades emergentes da tecnologia e da sociedade.
Frisa-se, de todo modo, que um aspecto fundamental no estudo da efici-
ência e do torque é a relação entre ambos, especialmente em motores, em 
que um alto torque de partida pode ser necessário, mas também deve ser 
equilibrado com considerações de eficiência a longo prazo. Neto e Carvalho 
(2012) lembram que diferentes tipos de máquinas elétricas, como motores 
de indução, motores de corrente contínua e geradores síncronos, apre-
sentam características únicas de eficiência e torque que determinam a sua 
adequação para certas aplicações.
Para melhor ilustrar, vamos explorar um exemplo passo-a-passo focando em 
um motor de indução trifásico, comum em aplicações industriais, onde o 
torque de partida e a eficiência são fatores críticos. Considere um motor de 
indução trifásico com as seguintes especificações: tensão de linha de 400V, 
frequência de 50Hz, potência nominal de 10kW, eficiência de 90% e fator de 
potência de 0.85.
Passo 1: cálculo do torque de partida
O torque de partida (Tstart) de um motor de indução pode ser estimado pela 
fórmula:
Onde (P) é a potência mecânica em watts e (Ns) é a velocidade síncrona em 
rpm. A velocidade síncrona é dada por:
Onde (f) é a frequência e (P) é o número de polos do motor. Supondo que o 
motor tenha 4 polos: 
73
Conversão Eletromecânica da Energias
Se a potência mecânica útil (Pútil) é de 10kW com uma eficiência de 90%, a 
potência de entrada (Pin) será:
Substituindo (Pin) na fórmula do torque de partida:
Passo 2: interpretação dos valores numéricos
O torque de partida calculado de aproximadamente 70.73Nm indica a força 
inicial que o motor pode aplicar. Este valor é crucial para aplicações que 
requerem uma alta carga inicial para ser superada, como o arranque de 
máquinas pesadas. No entanto, é importante notar que um alto torque de 
partida frequentemente vem à custa de uma maior corrente de arranque, o 
que pode levar a quedas de tensão no sistema elétrico e afetar a eficiência 
a longo prazo.
Passo 3: equilibrando torque e eficiência
A eficiência do motor, dada como 90%, reflete uma conversão relativamente 
alta de energia elétrica em energia mecânica, mas é essencial equilibrar 
essa eficiência com o requisito de torque de partida. Estratégias como o 
uso de soft starters ou variadores de frequência podem ajudar a controlar 
a corrente de arranque, melhorando o equilíbrio entre torque e eficiência, 
minimizando o impacto no sistema elétrico.
Este exemplo destaca a complexidade de selecionar e operar motores 
elétricos, em que uma compreensão profunda da relação entre torque e 
eficiência pode guiar para soluções que maximizem tanto o desempenho 
quanto a economia operacional.
Métodos para a melhoria da eficiência envolvem o uso de materiais com 
menor resistência elétrica para os enrolamentos, otimização do design do 
núcleo para reduzir as perdas magnéticas e tecnologias de controle avan-
çadas que ajustam a operação da máquina para manter a eficiência ótima em 
várias cargas. Segundo Neto e Carvalho (2012), estas estratégias não apenas 
melhoram o desempenho energético, mas também podem prolongar a vida 
útil da máquina ao reduzir o estresse térmico sobre os componentes.
74
Conversão Eletromecânica da Energias
Em relação ao torque, técnicas como o ajuste da quantidade de enrola-
mentos no rotor ou a utilização de materiais que criam campos magné-
ticos mais fortes podem aumentar significativamente a força rotacional que 
a máquina é capaz de gerar. Além disso, sistemas de controle eletrônico 
modernos permitem a variação fina da corrente e da tensão fornecidas à 
máquina, otimizando o torque conforme as necessidades operacionais.
Atenção
Enquanto a otimização do torque pode ampliar a eficácia 
das máquinas elétricas, é vital monitorar o aumento da 
corrente que pode acompanhar essas alterações. Afinal, 
como bem advertem Simone e Creppe (2010), um pico na 
corrente pode levar a um aquecimento excessivo e até a 
falhas, comprometendo a segurança e a durabilidade da 
máquina.
Os ensaios em máquinas elétricas desempenham um papel crucial na 
avaliação da eficiência e do torque, fornecendo dados valiosos que informam 
tanto a pesquisa quanto a prática de engenharia. Estes testes ajudam a 
identificar onde as melhorias podem ser feitas e como diferentes configura-
ções afetam o desempenho geral da máquina.
75
Conversão Eletromecânica da Energias
CONCLUSÃO
Ao encerrar a exploração desta Unidade, “Princípios de Conversão Eletrome-
cânica”, consolidamos uma compreensão robusta e abrangente dos funda-
mentos que governam a conversão de energia de formas elétricas para 
mecânicas e vice-versa. Esta Unidade nos guiou através dos mecanismos 
essenciais que possibilitam essa conversão, enfatizando o papel central das 
leis físicas, como a Lei de Faraday, de indução eletromagnética, na operação 
de máquinas elétricas. Além disso, mergulhamos nos aspectos críticos que 
influenciam a eficiência e o torque dessas máquinas, dois fatores vitais que 
determinam o desempenho e a aplicabilidade das máquinas elétricas em 
uma infinidade de contextos industriais e cotidianos.
A análise detalhada dos fundamentos de conversão de energia nos propor-
cionou insights valiosos sobre como a energia é transformada, destacando 
o papel dos campos magnéticos e elétricos nesse processo. Aprendemos 
que a eficiência na conversão de energia não depende apenas da qualidade 
do design e dos materiais utilizados nas máquinas elétricas, mas também 
de como estas são operadas e mantidas. Isso sublinha a importância de 
uma abordagem integrada, que considera tanto a teoria quanto a prática na 
engenharia de máquinas elétricas.
Aprofundamo-nos em aspectos de eficiência e torque, compreendendo 
como eles são afetados por fatores como perdas no núcleo, perdas por histe-
rese, perdas por corrente de Foucault e a resistência dos enrolamentos. A 
capacidade de otimizar esses fatores é crucial para desenvolver máquinas 
mais eficientes e potentes, capazes de atender às demandas energéticas 
crescentes e às expectativas de sustentabilidade ambiental.
A Unidade também destacou a importância dos ensaios e diagnósticos em 
máquinas elétricas, enfatizando que uma compreensão profunda da teoria 
subjacente, complementada por testes rigorosos, é essencial para a inovação 
e a melhoria contínua. Isso ressalta o valor da experimentação prática e da 
análise crítica no avançodo campo da engenharia eletromecânica.
Concluindo, este conteúdo não apenas nos equipou com o conhecimento 
teórico necessário para entender os princípios de conversão eletromecânica 
76
Conversão Eletromecânica da Energias
de energia, mas também enfatizou a importância de aplicar este conhe-
cimento de maneira prática e inovadora. À medida que avançamos para 
estudos subsequentes, levamos conosco uma base sólida para explorar apli-
cações mais complexas e especializadas da conversão de energia, prepa-
rados para enfrentar os desafios e as oportunidades que surgem na inter-
seção da teoria e da prática na engenharia elétrica.
77
Conversão Eletromecânica da Energias
MATERIAL COMPLEMENTAR
Para saber mais sobre o tema, leia os artigos a seguir.
1. AZEVEDO, J. L. L. de. Os processos de conversão de energia nos oceanos: 
uma revisão do Diagrama de Lorenz. Revista Brasileira de Geofísica, v. 26, n. 
2, 2008. Disponível em: https://doi.org/10.1590/S0102-261X2008000200004. 
Acesso em: 26 jun. 2024.
2. BORGES, C. C.; DICKMAN, A. G.; VERTCHENKO, L. Uma aula sobre conversão 
de energia utilizando bicicleta, motor, alternador e lâmpada. Revista 
Brasileira de Ensino de Física, v. 40, n. 2, 2018. Disponível em: https://doi.
org/10.1590/1806-9126-RBEF-2017-0215. Acesso em: 26 jun. 2024.
3. NOGUEIRA, A. F. L. O uso da simulação numérica de campos eletromagné-
ticos como ferramenta de ensino. Revista Brasileira de Ensino de Física, 
v. 30, n. 4, 2008. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbef/a/Spbt6JzM5x-
s3ZmwF6DjvyQg/?lang=pt. Acesso em: 15 abr. 2024.
4. PINTO, R. L. M. et al. Aplicação de Técnicas de Planejamento de Experi-
mentos para Otimização do Comportamento Tribológico e Térmico de 
Materiais de Atrito Durante o Processo de Frenagem. Matéria, v. 22, supl. 
1, 2017. Disponível em: https://doi.org/10.1590/S1517-707620170005.0247. 
Acesso em: 26 jun. 2024.
5. SANTOS, L. R. da M. Avaliação de um veículo a combustão interna 
convertido para tração elétrica. 2022. Monografia (Bacharel em Enge-
nharia Automotiva) – Universidade de Brasília, Brasília, 2022. Disponível 
em: https://fga.unb.br/articles/0002/3734/Artigo_Marcus_Vieira_PIBIC_
Relatorio_Final_Envio_2015_08_08_00.pdf. Acesso em: 15 abr. 2024.
Conversão Eletromecânica da Energia
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OBJETIVOS
Ao final desta unidade, esperamos que possa:
Descrever a estrutura e o funcionamento 
das máquinas de corrente contínua.
Identificar os diferentes tipos de exci-
tação e as suas influências nas caracterís-
ticas operacionais.
UNIDADE 5
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Conversão Eletromecânica da Energias
5 MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA
Nesta unidade, adentraremos o fascinante mundo das máquinas de Corrente 
Contínua (CC), um elemento fundamental nos sistemas de energia e apli-
cações industriais devido a sua capacidade de fornecer controle preciso 
de velocidade e torque. Para desvendar tanto a estrutura quanto o funcio-
namento dessas máquinas robustas, revelando como a interação entre 
campos magnéticos estacionários e rotativos resulta na conversão eficiente 
de energia elétrica em mecânica. Exploraremos os componentes princi-
pais dessas máquinas – o estator, que cria o campo magnético; o rotor ou 
armadura, no qual ocorre a conversão de energia; o comutador, que faci-
lita a manutenção do movimento rotacional e as escovas, que fornecem a 
conexão elétrica ao rotor. Além disso, esta Unidade destacará os diferentes 
tipos de excitação independente, em série e composta, cada um com suas 
influências distintas nas características operacionais das máquinas de CC, 
como eficiência, controle de velocidade, e resposta a variações de carga. Ao 
mergulhar nesses aspectos, buscaremos não apenas fornecer uma compre-
ensão técnica detalhada dessas máquinas, mas também nos prepararmos 
para aplicar esse conhecimento na solução de desafios práticos, otimizando 
o desempenho e a aplicabilidade das máquinas de corrente contínua em 
diversos contextos operacionais.
5.1 CONSTRUÇÃO E PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Ao adentrarmos no coração das máquinas de Corrente Contínua (CC), 
encontramos uma orquestra de componentes trabalhando em harmonia 
para converter energia elétrica em mecânica. O primeiro componente nessa 
lista é o estator, o protagonista silencioso que cria um campo magnético 
fixo. Esse campo é o palco sobre o qual o espetáculo da conversão eletro-
mecânica acontece. Como explicado por Neto e Carvalho (2012), o estator, 
usualmente composto de material ferromagnético, serve como casa para as 
bobinas de campo, em que a corrente circula para gerar o campo magné-
tico necessário para a operação da máquina.
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Conversão Eletromecânica da Energias
O rotor, ou armadura, é onde a magia acontece. Rodando no centro do 
campo magnético criado pelo estator, o rotor é composto de enrolamentos 
de fio que, quando atravessados pela corrente elétrica, interagem com o 
campo magnético estacionário para produzir força e movimento. Esta inte-
ração é regida pela lei fundamental de Lorentz, F=q(E+v×B), onde a força (F) 
sobre uma carga (q) é influenciada tanto pelo campo elétrico (E) quanto 
pela velocidade (v) da carga no campo magnético (B). No contexto do rotor, 
essa força cria o torque necessário para sua rotação.
Reflita
Em quantos momentos do seu dia a dia você se beneficia 
da “magia” invisível que acontece nos motores elétricos, 
movendo o mundo ao seu redor sem que você sequer 
perceba?
No entanto, para que esse movimento seja contínuo e eficiente, precisamos 
do comutador – um anel segmentado de metal que gira com o rotor. O 
comutador tem a função crítica de inverter a direção da corrente no enro-
lamento do rotor a cada meia volta, garantindo que a direção do torque 
seja sempre a mesma e que o rotor continue girando na mesma direção. 
Sem essa inversão, o rotor simplesmente balançaria para frente e para trás, 
incapaz de completar uma rotação.
As escovas de carbono são os mensageiros que conectam o mundo está-
tico ao rotativo. Elas deslizam sobre o comutador, fornecendo corrente 
elétrica aos enrolamentos do rotor através dos seus segmentos. As escovas 
permitem a transferência de corrente elétrica de uma parte estacionária da 
máquina para o rotor em movimento, desempenhando um papel vital na 
manutenção do ciclo de conversão eletromecânica de energia. A escolha 
do material das escovas, geralmente grafite ou uma mistura de grafite com 
cobre, equilibra condutividade, durabilidade e o mínimo de desgaste tanto 
nas escovas quanto no comutador.
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Conversão Eletromecânica da Energias
Cada componente nas máquinas de corrente contínua tem seu papel espe-
cífico, mas é a sinergia entre eles que torna a conversão de energia possível. 
O design e a configuração desses elementos determinam não apenas a efici-
ência e o desempenho da máquina, mas também a sua adequação para 
diferentes aplicações, desde pequenos dispositivos portáteis até grandes 
motores industriais. A compreensão profunda desses componentes e de 
como eles interagem fornece a base para a inovação e otimização no campo 
da engenharia elétrica.
O princípio de funcionamento das máquinas de corrente contínua é um 
espetáculo fascinante de física e engenharia, no qual o invisível campo 
magnético desempenha o papel principal. No coração desta performance 
está a interação entre dois protagonistas, o campo magnético estacionário, 
criado pelo estator, e o campo magnético rotativo, oriundo do rotor. Essa 
interação é mais do que apenas um encontro de forças - é a coreografia que 
gera torque e impulsiona o movimento rotacional do eixo da máquina.
Quando alimentamos o rotor com corrente elétrica através das escovas e 
do comutador, ele se torna um eletroímã rotativo. A corrente no rotor cria 
seu próprio campo magnético, que, seguindo a regra da mão esquerda 
de Fleming explicada por Neto e Carvalho (2012), interage com o campo 
magnético estacionário do estator. Basicamente, tal regra estipula que, se 
posicionarmos a mão esquerda com o polegar estendido na direção do movi-
mento do condutor (queno contexto de um motor seria o movimento do 
rotor), o indicador apontando na direção do campo magnético (do estator 
para o rotor), então, o dedo médio, que será estendido perpendicularmente 
aos outros dois, indicará a direção da corrente induzida no condutor. Isso 
visualiza de forma intuitiva a interação entre a corrente elétrica e o campo 
magnético, facilitando a compreensão de como o torque é gerado no rotor. 
Imagine, pois, dois ímãs próximos um do outro: dependendo da orientação 
de seus polos, eles se atraem ou se repelem. Da mesma forma, a interação 
entre os campos magnéticos no motor de corrente contínua cria uma força 
sobre o rotor, fazendo-o girar.
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Conversão Eletromecânica da Energias
Saiba Mais
Segundo Simone e Creppe (2010), a regra da mão 
esquerda de Fleming é mais que uma ferramenta para 
prever direção da força em motores elétricos. Ela é um 
pilar na compreensão de como os campos eletromagné-
ticos operam em muitos dispositivos. Desde alto-falantes 
até complexos sistemas de levitação magnética, ela ilustra 
a elegância e a simplicidade das leis físicas que regem o 
mundo tecnológico, provando que mesmo as forças invi-
síveis podem ser entendidas e manipuladas para realizar 
trabalho útil em uma infinidade de aplicações.
No torque, a força rotacional gerada, é o resultado direto dessa interação 
magnética e depende de vários fatores, como a intensidade dos campos 
magnéticos e a quantidade de corrente que flui através do rotor. A fórmula 
τ= k ⋅ϕ⋅I , onde τ é o torque, k é uma constante de proporcionalidade, ϕ é o 
fluxo magnético e I é a corrente no rotor, quantifica essa relação. O torque 
é, portanto, diretamente proporcional ao fluxo magnético do estator e à 
corrente no rotor.
Esse processo de geração de torque é contínuo, graças ao comutador, que 
inverte a direção da corrente no rotor a cada meia volta, mantendo a rotação 
do eixo em uma direção constante. Simone e Creppe (2010) explicam que, 
sem essa inversão, o rotor pararia quando o campo magnético que ele gera 
estivesse alinhado com o campo magnético do estator. O comutador, junta-
mente com as escovas, garante que a direção da corrente e, consequente-
mente, a direção do torque gerado, sejam sempre tais que promovam o 
movimento rotacional contínuo.
Portanto, o movimento rotacional do eixo em uma máquina de corrente 
contínua não é simplesmente uma consequência da aplicação de corrente 
elétrica; é o resultado direto da interação cuidadosamente orquestrada entre 
campos magnéticos estacionários e rotativos. Essa dança entre eletricidade 
e magnetismo não apenas permite o movimento, mas também possibi-
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Conversão Eletromecânica da Energias
lita o controle preciso do torque e da velocidade, características essenciais 
que fazem das máquinas de corrente contínua uma escolha versátil para 
inúmeras aplicações, da robótica aos sistemas de propulsão.
A conversão eletromecânica de energia em máquinas de corrente contínua 
é um processo elegante que transforma energia elétrica em energia mecâ-
nica, fundamentando-se na interação entre campos magnéticos e correntes 
elétricas. Conforme explica Ayres e Ayres (2012), no cerne deste processo 
está o princípio de que uma corrente elétrica, ao fluir através de um condutor 
imerso em um campo magnético, experimenta uma força – a base para a 
conversão de energia elétrica em força mecânica, ou torque, que por sua vez 
gera movimento.
Este processo se inicia quando a corrente elétrica é introduzida no rotor, ou 
armadura, por meio das escovas e do comutador. O comutador, girando com 
o rotor, atua como um interruptor rotativo que inverte a direção da corrente 
nos enrolamentos do rotor a cada meia volta. Segundo Neto e Carvalho 
(2012), essa inversão é crucial, sem ela, o campo magnético gerado pelo 
rotor se alinharia com o campo magnético do estator e cessaria de gerar 
força, interrompendo o movimento. O comutador garante que a direção da 
força permaneça constante, permitindo assim o giro contínuo do rotor e a 
transformação sustentada de energia elétrica em mecânica.
De acordo com Reis (2021), a física por trás dessa conversão é explicada 
pela Lei de Lorentz, que diz que a força experimentada por um condutor 
com corrente em um campo magnético é perpendicular tanto à direção da 
corrente quanto à do campo magnético. Essa força é a origem do torque 
no rotor. Matematicamente, o torque (T) pode ser expresso como T = B ⋅ I ⋅ l 
⋅ r, onde (B) é a densidade do fluxo magnético, (I) é a corrente no condutor, 
(l) é o comprimento do condutor dentro do campo magnético, e (r) é o raio 
do rotor. Este torque é o que impulsiona o rotor a girar, convertendo assim 
energia elétrica em mecânica.
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Conversão Eletromecânica da Energias
Curiosidade
Você sabia que a Lei de Lorentz não só fundamenta o funcio-
namento dos motores elétricos, mas também tem aplica-
ções que vão desde o estudo de partículas subatômicas 
em aceleradores de partículas até a orientação precisa 
de satélites no espaço? Segundo Simone e Creppe (2010), 
esse princípio universal destaca a interconexão surpreen-
dente entre a tecnologia cotidiana e os fenômenos mais 
avançados do universo.
A eficiência dessa conversão depende de vários fatores, incluindo a inten-
sidade do campo magnético, a quantidade de corrente fornecida ao rotor 
e a eficácia com que o comutador realiza a inversão da corrente. Segundo 
Bezerra (2018), perdas energéticas ocorrem devido as resistências nos enro-
lamentos, perdas por histerese no núcleo de ferro e perdas por correntes 
parasitas. Contudo, ao otimizar o design do motor, incluindo a escolha de 
materiais para o núcleo e os enrolamentos, bem como a configuração do 
sistema de comutação, pode-se maximizar a conversão de energia e, por 
consequência, a eficiência e o desempenho da máquina.
Portanto, a conversão eletromecânica de energia em máquinas de corrente 
contínua não é apenas um testemunho da interação fundamental entre 
eletricidade e magnetismo, mas também uma demonstração da enge-
nhosidade humana em manipular essas forças da natureza para realizar 
trabalho útil. Através da inovação contínua em materiais, design e tecnolo-
gias de controle, essas máquinas continuam a desempenhar papéis essen-
ciais em uma miríade de aplicações, da mais simples ferramenta elétrica até 
complexos sistemas industriais.
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Conversão Eletromecânica da Energias
5.2 TIPOS DE EXCITAÇÃO E CARACTERÍSTICAS 
OPERACIONAIS
Máquinas de corrente contínua com excitação independente, representam 
uma configuração na qual a fonte de excitação para o campo magnético é 
separada da corrente do rotor. Isso significa que o enrolamento do campo 
(estator) é alimentado por uma fonte externa independente da corrente 
que flui através do rotor. Conforme Bim (2018), esta separação oferece uma 
vantagem distintiva: um controle excepcionalmente preciso sobre a veloci-
dade e o torque da máquina.
O princípio por trás dessa precisão de controle reside na lei básica do eletro-
magnetismo: a força (e, por extensão, o torque) que atua sobre o rotor é 
proporcional ao produto do fluxo magnético pelo campo e a corrente no 
rotor. Em uma configuração de excitação independente, o fluxo magnético 
pode ser ajustado independentemente da corrente do rotor, simplesmente 
variando a corrente no enrolamento do campo. Isso permite que o operador 
ou o sistema de controle ajuste finamente o torque produzido pelo motor 
sem alterar a corrente que alimenta o rotor, oferecendo uma capacidade de 
resposta suave e precisa às mudanças nas demandas de carga.
Além do controle refinado do torque, a excitação independente permite a 
regulação da velocidade do motor em uma ampla faixa. Ajustando a corrente 
de excitação, e consequentemente o fluxo magnético no estator, é possível 
alterar a relação entre a tensão aplicada ao rotor e a velocidade, sem neces-
sidade de variar a tensão de alimentação do rotor. Isso confere às máquinas 
de excitação independente uma flexibilidade operacional significativa, 
tornando-asideais para aplicações que exigem controle de velocidade vari-
ável, como em elevadores, guindastes e muitos tipos de equipamentos de 
produção industrial.
A eficiência dessa configuração, entretanto, depende do sistema de controle 
e da precisão da fonte de excitação. Sistemas modernos frequentemente 
utilizam controle eletrônico para ajustar a corrente de excitação, maximi-
zando a eficiência energética e a performance do motor sob diversas condi-
ções de carga. Segundo Neto e Carvalho (2012), isso não só melhora a expe-
riência operacional, como também contribui para a economia de energia e 
reduz o desgaste do motor, prolongando a sua vida útil.
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Conversão Eletromecânica da Energias
Em resumo, as máquinas de corrente contínua com excitação independente 
se destacam por sua capacidade de proporcionar um controle detalhado de 
torque e velocidade, adaptando-se com precisão a variadas necessidades 
operacionais. Esta característica, aliada à possibilidade de otimização e à 
eficiência energética, faz delas uma escolha valiosa para um amplo espectro 
de aplicações industriais e comerciais, onde a precisão e a adaptabilidade 
são primordiais.
Por sua vez, máquinas de corrente contínua com excitação em série apre-
sentam uma configuração única, na qual o enrolamento do campo magné-
tico está conectado em série com o rotor. Neste arranjo, a mesma corrente flui 
tanto pelo campo quanto pelo rotor, criando uma interdependência direta 
entre o campo magnético gerado e a corrente de operação da máquina. 
Segundo Nascimento Jr. (2014), esta característica confere às máquinas de 
excitação em série qualidades operacionais distintas, notavelmente um alto 
torque de partida e uma velocidade que varia de acordo com a carga apli-
cada.
O alto torque de partida é uma consequência direta da relação entre a 
corrente e o campo magnético: ao iniciar, especialmente sob carga pesada, 
a corrente que flui através do motor é alta, gerando um campo magné-
tico forte e, por sua vez, um torque significativo. Esta propriedade torna os 
motores de excitação em série particularmente adequados para aplica-
ções que exigem um grande impulso inicial para vencer a inércia, como 
em veículos elétricos, guindastes e elevadores, onde o torque elevado no 
arranque é um pré-requisito essencial.
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Conversão Eletromecânica da Energias
Figura 1: Guindastes demandam torque elevado no arranque
Fonte: Elaborado pelo autor (2024). 
#PraTodosVerem: Na imagem, encontra-se uma ilustração artística que destaca um guin-
daste levantando uma carga pesada, concebida para ressaltar a força e a capacidade do 
guindaste em lidar com tais tarefas em um ambiente industrial ou de construção.
Por outro lado, a velocidade das máquinas de excitação em série é forte-
mente influenciada pela carga. À medida que a carga aumenta, a veloci-
dade diminui, e vice-versa. Isso se deve à redução da corrente que passa pelo 
enrolamento de campo sob cargas leves, o que diminui o campo magnético 
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Conversão Eletromecânica da Energias
e, por conseguinte, o torque, permitindo que a máquina acelere. Embora 
essa característica proporcione uma regulação natural da velocidade com 
a variação da carga, ela também pode levar a uma operação instável ou até 
perigosa sob condições de carga muito baixa ou ausente, onde a máquina 
pode atingir velocidades excessivamente altas.
Além disso, a natureza da conexão em série significa que qualquer variação 
na resistência do circuito ou na alimentação de corrente pode ter um 
impacto significativo tanto no campo magnético quanto na corrente do rotor, 
afetando diretamente o desempenho do motor. Segundo Reis (2011), isso 
exige um design cuidadoso e sistemas de proteção adequados para garantir 
a operação segura e eficiente da máquina sob diferentes condições de carga.
Atenção
Jamais subestime a importância de manutenções regu-
lares e inspeções detalhadas do sistema elétrico, espe-
cialmente em máquinas com excitação em série. Falhas 
em antecipar e mitigar variações na resistência ou na 
corrente podem não apenas comprometer a eficiência, 
mas também colocar em risco a segurança operacional.
Em suma, as máquinas de corrente contínua com excitação em série são 
valorizadas por seu robusto torque de partida e pela capacidade de ajustar 
automaticamente a velocidade em resposta a variações de carga. Essas 
características as tornam ideais para uma gama de aplicações industriais e 
de transporte, em que a capacidade de lidar com cargas variáveis e a neces-
sidade de um forte torque inicial são cruciais. No entanto, a necessidade de 
gestão cuidadosa da velocidade e do torque, especialmente em condições 
de carga leve, sublinha a importância de um design e controle sistemáticos 
para aproveitar ao máximo as capacidades dessas máquinas.
Já no tocante a máquinas de corrente contínua com excitação composta, 
elas apresentam uma configuração híbrida, integrando tanto a excitação em 
série quanto a independente. Essa combinação engenhosa busca harmonizar 
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Conversão Eletromecânica da Energias
as qualidades distintas de cada tipo de excitação para otimizar o desem-
penho geral da máquina. Ao incorporar um enrolamento de campo em série 
com um enrolamento de campo independente, as máquinas compostas são 
capazes de oferecer um torque de partida robusto – uma característica chave 
da excitação em série – enquanto mantêm uma regulação de velocidade 
mais estável e menos sensível à carga, típica da excitação independente.
A magia por trás dessa configuração reside na sua capacidade de adaptar 
o campo magnético de acordo com as necessidades operacionais. No 
arranque, quando a corrente é alta, o enrolamento em série contribui signi-
ficativamente para o campo magnético, aumentando o torque de partida. À 
medida que a máquina acelera e a corrente diminui, a influência do enrola-
mento em série sobre o campo magnético reduz, enquanto o enrolamento 
independente mantém um campo magnético estável, garantindo assim 
uma regulação de velocidade confiável e eficiente. Esse equilíbrio permite 
que as máquinas de excitação composta operem eficazmente em uma 
ampla gama de cargas, sem os picos de velocidade observados em motores 
puramente em série sob condições de carga leve.
A excitação composta é particularmente vantajosa em aplicações que 
exigem tanto um forte torque de partida quanto uma operação confiável 
sob diferentes condições de carga. Isso inclui aplicações industriais pesadas, 
como prensas, elevadores e transportadores, em que a capacidade de lidar 
com cargas variáveis sem sacrificar o controle de velocidade é crucial. Além 
disso, essa configuração oferece uma flexibilidade operacional superior, 
permitindo que os engenheiros ajustem a proporção entre os enrolamentos 
em série e independentes para adequar a máquina às especificidades de 
cada aplicação, otimizando o desempenho e a eficiência energética.
No entanto, o sucesso dessa configuração depende de um design cuidadoso 
e de um entendimento profundo das interações entre os diferentes compo-
nentes do sistema de excitação. A calibração precisa dos enrolamentos em 
série e independente é fundamental para garantir que as vantagens de cada 
tipo de excitação sejam plenamente aproveitadas, sem introduzir instabili-
dades ou ineficiências. Assim, as máquinas de corrente contínua com exci-
tação composta representam um exemplo notável da engenharia elétrica 
aplicada, demonstrando como a combinação inteligente de diferentes 
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Conversão Eletromecânica da Energias
tecnologias pode resultar em soluções de alto desempenho que atendem 
às demandas complexas do mundo moderno.
O fato é que a influência dos diferentes tipos de excitação nas máquinas de 
Corrente Contínua (CC) é um tema de grande importância na engenharia 
elétrica, afetando diretamente o desempenho, a eficiência e a adaptabi-
lidade dessas máquinas às variadas demandas operacionais. A excitação, 
sendo o método pelo qual o campo magnético é gerado no motor, desem-
penha um papel crucialna determinação das características fundamentais 
do motor, como torque, velocidade e comportamento sob diferentes cargas.
Motores com excitação independente oferecem uma vantagem significativa 
no que diz respeito à precisão do controle de velocidade e torque. Dado 
que o campo magnético é gerado por uma fonte externa independente da 
corrente do rotor, é possível ajustar o fluxo magnético – e, consequente-
mente, o torque e a velocidade do motor – de maneira precisa e indepen-
dente, proporcionando uma operação altamente controlável e previsível. 
Isso é particularmente útil em aplicações que requerem um controle rigo-
roso de velocidade ou torque, como em processos de fabricação precisos ou 
sistemas de tração.
Por outro lado, motores com excitação em série apresentam um comporta-
mento distinto, no qual a corrente que alimenta o rotor também alimenta o 
enrolamento de campo, criando um vínculo direto entre a carga e o desem-
penho do motor. Essa configuração resulta em um alto torque de partida, 
ideal para aplicações que exigem um impulso inicial significativo, como o 
arranque de veículos ou equipamentos pesados. No entanto, a dependência 
da carga significa que a velocidade do motor pode variar amplamente com 
alterações na carga, potencialmente comprometendo a precisão e a efici-
ência em aplicações que demandam uma velocidade constante sob condi-
ções de carga flutuantes.
A excitação composta, combinando os elementos da excitação indepen-
dente e em série, busca equilibrar essas duas características, oferecendo 
tanto um bom torque de partida quanto uma regulação de velocidade 
mais estável em resposta a variações de carga. Isso é conseguido através 
do uso simultâneo de enrolamentos de campo independentes e em série, 
permitindo que a máquina se beneficie do torque de partida robusto 
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Conversão Eletromecânica da Energias
proporcionado pela excitação em série e da regulação de velocidade estável 
facilitada pela excitação independente. Essa abordagem híbrida melhora 
a adaptabilidade do motor a uma gama mais ampla de aplicações, otimi-
zando a eficiência e o desempenho sob diferentes condições operacionais.
A escolha do tipo de excitação impacta não apenas o desempenho imediato 
da máquina, mas também sua eficiência energética e durabilidade a longo 
prazo. Motores com excitação em série, por exemplo, podem experimentar 
um desgaste mais rápido devido as flutuações de corrente e velocidade, 
enquanto motores com excitação independente e composta podem oferecer 
uma operação mais eficiente e previsível, resultando em menor desgaste e 
manutenção ao longo do tempo. Portanto, o que se constata é que a seleção 
cuidadosa do tipo de excitação é fundamental para garantir que a máquina 
de CC não apenas atenda às necessidades específicas da aplicação, mas 
também opere de maneira eficiente e sustentável no ambiente em que está 
inserida.
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Conversão Eletromecânica da Energias
CONCLUSÃO
Ao concluir a Unidade 5, sobre Máquinas de Corrente Contínua, é evidente 
que a compreensão profunda dos seus componentes fundamentais, prin-
cípios de funcionamento e tipos de excitação é essencial para maximizar 
o desempenho e a eficiência dessas máquinas em diversas aplicações. 
Observamos como o estator, o rotor, o comutador e as escovas trabalham 
em conjunto para converter energia elétrica em mecânica, facilitando uma 
vasta gama de operações, desde tarefas industriais pesadas até aplicações 
de precisão em pequenos dispositivos eletrônicos.
Exploramos também como a interação entre o campo magnético estacio-
nário e o rotativo no rotor é o coração do processo de conversão eletromecâ-
nica de energia, gerando o torque necessário para o movimento rotacional. 
Este processo, enraizado nas leis fundamentais do eletromagnetismo, ilustra 
a maravilha da engenharia elétrica, permitindo que máquinas de corrente 
contínua desempenhem um papel indispensável no nosso mundo tecnoló-
gico.
A discussão sobre os diferentes tipos de excitação – independente, em série 
e composta, revelou como cada método influencia as características opera-
cionais das máquinas de corrente contínua. Vimos que a excitação inde-
pendente oferece controle preciso de velocidade e torque, tornando-a ideal 
para aplicações que exigem ajustes finos. A excitação em série fornece um 
alto torque de partida, perfeito para superar cargas iniciais pesadas. E, a exci-
tação composta combina o melhor dos dois mundos, proporcionando tanto 
um bom torque de partida quanto uma regulação de velocidade estável sob 
variadas cargas.
Esta análise nos leva a apreciar a engenhosidade por trás do design e da 
operação das máquinas de corrente contínua, bem como a importância 
de escolher o tipo de excitação adequado para cada aplicação específica. 
Entender esses aspectos é crucial para engenheiros e técnicos que buscam 
otimizar o uso dessas máquinas, seja na melhoria da eficiência energética, 
na redução do desgaste e na prolongação da vida útil, ou na garantia de que 
as máquinas atendam às exigências operacionais específicas.
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Conversão Eletromecânica da Energias
Em suma, a Unidade nos proporcionou uma base sólida sobre máquinas de 
corrente contínua, destacando não apenas a sua relevância e versatilidade 
em uma infinidade de aplicações, mas também enfatizando a necessidade 
de uma compreensão aprofundada dos seus princípios de funcionamento 
para a inovação e avanço tecnológico. À medida que continuamos a explorar 
o vasto campo da engenharia elétrica, a compreensão das máquinas de 
corrente contínua permanece um componente vital para o desenvolvimento 
de soluções energéticas eficientes e sustentáveis para o futuro.
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Conversão Eletromecânica da Energias
MATERIAL COMPLEMENTAR
Para saber mais desse tema, leia os artigos a seguir.
1. CARDOSO, R. C. et al. Análise eletromagnética de motor de fluxo axial com 
sistema de excitação misto com enfoque em tração elétrica. Simpósio 
Brasileiro de Sistemas Elétricos, 9., 2022. Disponível em: https://www.
sba.org.br/open_journal_systems/index.php/sbse/article/view/3007/2537. 
Acesso em: 22 abr. 2024.
2. JACOBINA, C. B. et al. Sistema de acionamento com motor de indução 
orientado indiretamente pelo campo com adaptação MRAC da veloci-
dade. SBA Controle & Automação, v. 14, n. 11, 2003. Disponível em: https://
doi.org/10.1590/S0103-17592003000100005. Acesso em: 22 abr. 2024.
3. RIEHL, R. R.; RUPPERT, E. Método experimental para determinação das 
capacitâncias parasitas do motor de indução trifásico acionado por 
inversor MLP. SBA Controle & Automação, v. 23, n. 2, 2012. Disponível em: 
https://doi.org/10.1590/S0103-17592012000200003. Acesso em: 22 abr. 2024.
4. SANTOS, M. A.; MAIONCHI, D. de O. Maleta didática – máquina de corrente 
contínua no ensino do eletromagnetismo para o nível médio. Revista 
Brasileira de Ensino de Física, v. 43, 2021. Disponível em: https://doi.
org/10.1590/1806-9126-RBEF-2021-0156. Acesso em: 22 abr. 2024.
5. SOUZA, M. G.; CICOGNA, T. R.; CHIQUITO, A. J. Excitação dos modos normais 
de um sistema usando um motor desbalanceado. Revista Brasileira de 
Ensino de Física, v. 29, n. 1, 2007. Disponível em: https://doi.org/10.1590/
S1806-11172007000100003. Acesso em: 22 abr. 2024.
Conversão Eletromecânica da Energia
95
OBJETIVOS
Ao final desta unidade, esperamos que possa:
Compreender o funcionamento e as apli-
cações dos motores síncronos e assín-
cronos trifásicos.
Analisar as diferenças entre motores 
síncronos e assíncronos em termos de 
construção, funcionamento e áreas de 
aplicação.
UNIDADE 6
96
Conversão Eletromecânica da Energias
6 MÁQUINAS DE CORRENTE ALTERNADA 
TRIFÁSICA
Na Unidade Máquinas de Corrente Alternada Trifásica, direcionamo-nos ao 
estudo aprofundado dos motores de corrente alternada trifásica, explorando 
dois dos seus representantes mais significativos: os motores síncronos e assín-
cronos. Esses motores são pilares na engenharia elétrica, impulsionando uma 
ampla gama de aplicações, desde grandes instalações industriaisaté equi-
pamentos domésticos. Compreender o funcionamento dessas máquinas, as 
suas construções distintas e as diferenças fundamentais em seus princípios 
de operação nos permite apreciar a versatilidade e a eficiência que oferecem 
em diversas condições operacionais. Motores síncronos, conhecidos por sua 
operação em sincronia com a frequência da rede, são explorados em termos 
de sua estrutura única, que pode incluir ímãs permanentes ou enrolamentos 
excitados e como isso influencia o seu desempenho, eficiência e áreas de 
aplicação. Por outro lado, motores assíncronos, ou de indução, oferecem 
uma robustez e simplicidade que os tornam a escolha predominante para 
muitas aplicações industriais, apesar de operarem a uma velocidade que 
não é exatamente sincronizada com a frequência da corrente elétrica. Esta 
unidade visa não apenas elucidar essas diferenças e semelhanças, mas 
também destacar como a escolha entre um motor síncrono e um assíncrono 
pode impactar significativamente o design de um sistema, a sua eficiência 
energética e a sua adequação a tarefas específicas. Ao fazê-lo, prepara os 
estudantes e profissionais para tomar decisões informadas no design, na 
seleção e na aplicação dessas máquinas críticas, enfatizando a importância 
da corrente alternada trifásica no cenário atual da tecnologia e da indústria.
6.1 MOTORES SÍNCRONOS: CONSTRUÇÃO E PRINCÍPIO 
DE FUNCIONAMENTO
A estrutura de um motor síncrono é uma maravilha da engenharia elétrica, 
projetada para converter energia elétrica em energia mecânica com precisão 
e eficiência. No coração deste motor, encontramos o estator, a parte esta-
97
Conversão Eletromecânica da Energias
cionária, que é responsável por gerar o campo magnético rotativo trifásico. 
Como explicado por Neto e Carvalho (2012), o estator é composto de enrola-
mentos de cobre distribuídos em ranhuras ao longo da circunferência interna 
de um anel de ferro. Quando alimentado com corrente alternada trifásica, 
cada conjunto de enrolamentos cria um campo magnético que varia no 
tempo, mas é espacialmente distribuído de forma que a combinação desses 
campos produz um campo magnético rotativo global. Esse campo rotativo é 
fundamental para o princípio de operação do motor, pois é ele que induzirá 
o movimento no rotor.
O rotor, por sua vez, é a parte giratória do motor síncrono e pode ser confi-
gurado de duas maneiras principais: com ímãs permanentes ou com um 
enrolamento bobinado, também conhecido como rotor ferido. Motores com 
ímãs permanentes têm ímãs fixados à superfície do rotor, que interagem 
com o campo magnético rotativo do estator para produzir movimento. 
Esta configuração é conhecida por sua eficiência e capacidade de manter 
a sincronia mesmo em altas velocidades, tornando-a ideal para aplicações 
que requerem precisão e confiabilidade.
Em contraste, o rotor bobinado contém enrolamentos de cobre similares aos 
do estator, que são conectados a um sistema de excitação externo através 
de anéis coletores e escovas. Essa excitação externa cria um campo magné-
tico no rotor, que, ao interagir com o campo rotativo do estator, gera o movi-
mento síncrono do rotor. Embora essa configuração exija uma infraestrutura 
adicional para a excitação, ela permite um controle mais refinado do campo 
magnético do rotor e, por extensão, do torque e da operação do motor.
Atenção
A manutenção dos anéis coletores e das escovas em 
motores com rotor bobinado é crucial para garantir a 
operação eficiente e prevenir falhas. Segundo Neto e 
Carvalho (2012), a degradação desses componentes pode 
levar a uma redução na qualidade da excitação e afetar 
negativamente o desempenho do motor.
98
Conversão Eletromecânica da Energias
A interação entre o estator e o rotor define a essência do motor síncrono. 
Quando o motor é alimentado, o campo magnético rotativo do estator induz 
um campo magnético no rotor, levando o rotor a girar em sincronia com o 
campo magnético do estator. Essa sincronia é o que dá ao motor síncrono 
seu nome e sua característica distintiva: a velocidade do rotor é diretamente 
proporcional à frequência da corrente que alimenta o estator e indepen-
dente da carga, até certo ponto. Isso permite uma operação extremamente 
estável e previsível, essencial em muitas aplicações industriais e sistemas de 
geração de energia.
Entretanto, a construção do motor síncrono, seja com ímãs permanentes ou 
rotor bobinado, influencia diretamente suas características de desempenho, 
eficiência e aplicabilidade. Motores síncronos são escolhidos por sua precisão 
de velocidade e eficiência em converter energia elétrica em mecânica, mas a 
decisão entre um rotor de ímã permanente e um rotor bobinado dependerá 
das exigências específicas da aplicação, como a necessidade de controle de 
torque, a faixa de velocidade operacional e os requisitos de manutenção. 
Assim, a compreensão profunda da estrutura e dos componentes do motor 
síncrono é fundamental para otimizar seu uso em diversas aplicações, desta-
cando o papel crítico da engenharia elétrica na inovação e desenvolvimento 
tecnológico.
Os motores síncronos operam com base em um princípio simples, porém 
profundamente engenhoso: a sincronia entre a rotação do rotor e a frequ-
ência da Corrente Alternada (CA) fornecida ao estator. Conforme Ayres e 
Ayres (2012), essa característica distintiva advém da interação entre o campo 
magnético rotativo gerado no estator e o campo magnético fixo do rotor, 
seja este último produzido por ímãs permanentes ou por um enrolamento 
excitado externamente. Quando a máquina é alimentada, o estator, que é 
composto por enrolamentos trifásicos distribuídos uniformemente ao longo 
da sua circunferência, cria um campo magnético que gira em torno do 
núcleo do estator à mesma velocidade angular da frequência da fonte de 
alimentação CA.
99
Conversão Eletromecânica da Energias
Figura 1: Motor CA síncrono trifásico
Fonte: Natatravel, Shutterstock (2024).
#PraTodosVerem: Na imagem, encontra-se um típico motor CA síncrono trifásico, 
em perspectiva isométrica.
O coração do funcionamento do motor síncrono está na forma como o 
rotor “trava” em fase com o campo magnético rotativo do estator. Em 
motores com ímãs permanentes, os ímãs do rotor são atraídos e repelidos 
pelo campo magnético rotativo do estator de maneira que o rotor gira em 
perfeita sincronia com este campo. No caso de um rotor bobinado, uma 
corrente de excitação é aplicada aos enrolamentos do rotor, criando um 
campo magnético que interage com o campo magnético do estator. Devido 
à natureza dessa interação, o rotor é compelido a seguir o campo rotativo 
do estator, girando à mesma velocidade angular, independentemente das 
flutuações de carga, desde que a alimentação do estator permaneça cons-
tante em frequência e amplitude.
100
Conversão Eletromecânica da Energias
Essa operação síncrona oferece vantagens significativas, incluindo a esta-
bilidade da velocidade sob condições variáveis de carga e a capacidade de 
operar com alta eficiência e precisão de velocidade. Segundo Bezerra (2018), 
a velocidade do motor é determinada pela fórmula:
Onde Ns é a velocidade síncrona em rotações por minuto (rpm), f é a frequ-
ência da fonte de alimentação em hertz (Hz), e P é o número de polos 
magnéticos no motor. Esta relação direta entre a frequência da fonte de 
alimentação e a velocidade do rotor permite um controle rigoroso da veloci-
dade do motor, essencial em aplicações onde a precisão é crítica.
No entanto, a habilidade dos motores síncronos de manter a sincronia 
depende também da rigidez do sistema de alimentação e da adequação do 
sistema de excitação no caso de rotores bobinados. Simone e Creppe (2010) 
explicam que um sistema de excitação bem dimensionado e responsivo é 
crucial para ajustar o campo magnético do rotor, permitindo que o motor 
responda eficazmente às variações de carga sem perder a sincronia. Isso é 
particularmente importante em aplicações de geração de energia, onde os 
motores síncronos devemoperar de forma estável sob diversas condições de 
carga para manter a qualidade e a estabilidade da energia gerada.
Em resumo, o princípio de funcionamento dos motores síncronos, baseado 
na operação em perfeita sincronia com a frequência da fonte de alimen-
tação, é fundamental para uma ampla gama de aplicações, desde a geração 
de energia até o acionamento de máquinas de precisão. A capacidade desses 
motores de operar com eficiência, precisão de velocidade e estabilidade sob 
variadas condições de carga os torna uma escolha valorizada para muitas 
indústrias, destacando a importância da engenharia elétrica no desenvolvi-
mento de soluções tecnológicas avançadas.
Os motores síncronos são conhecidos por suas características distintas de 
eficiência, controle de velocidade e aplicabilidade, que os tornam adequados 
para uma vasta gama de aplicações industriais e comerciais. Uma das vanta-
gens mais significativas desses motores é a sua capacidade de operar em 
sincronia com a frequência da fonte de alimentação, o que proporciona 
uma velocidade de operação constante sob condições de carga variáveis. 
101
Conversão Eletromecânica da Energias
Esta característica é particularmente benéfica em aplicações onde é neces-
sária uma precisão de velocidade rigorosa, como em sistemas de geração 
de energia, em que os geradores síncronos devem manter uma velocidade 
constante para produzir energia elétrica em uma frequência específica, 
ou em processos de fabricação que dependem da sincronização exata das 
operações mecânicas.
Além disso, os motores síncronos podem operar com eficiência em altas 
cargas, devido a sua capacidade de compensar as perdas de energia reativa 
na rede, atuando como compensadores síncronos. Segundo Reis (2021), 
isso não apenas melhora a eficiência global do sistema, mas também pode 
reduzir a necessidade de equipamentos adicionais de correção do fator de 
potência, resultando em economia de custos e eficiência energética apri-
morada. A capacidade dos motores síncronos de operar com um fator 
de potência líder ou atrasado, ajustável através do controle de excitação, 
oferece flexibilidade adicional no gerenciamento da qualidade da energia 
em sistemas de distribuição elétrica.
Curiosidade
Os motores síncronos, além de sua utilidade convencional 
em aplicações de alta potência, têm sido explorados em 
projetos inovadores, como parte de sistemas de armaze-
namento de energia, onde sua capacidade de fornecer 
potência reativa sob demanda contribui para a estabi-
lidade e confiabilidade das redes elétricas modernas, 
segundo Neto e Carvalho (2012).
No entanto, as vantagens dos motores síncronos vêm acompanhadas de 
certas limitações. Sua dependência de uma fonte de excitação externa para 
o rotor bobinado ou da força dos ímãs permanentes pode complicar o design 
e a operação, especialmente em ambientes nos quais a confiabilidade da 
fonte de excitação é uma preocupação. Além disso, os motores síncronos 
requerem mecanismos adicionais, como um motor de partida ou sistemas 
de controle eletrônico, para atingir a velocidade de sincronismo antes de 
102
Conversão Eletromecânica da Energias
poderem operar de forma síncrona com a rede, o que pode aumentar a 
complexidade e o custo inicial do sistema.
A operação síncrona também impõe limitações na capacidade de partida 
sob cargas pesadas, uma vez que o torque de partida direto de um motor 
síncrono é geralmente baixo em comparação com o dos motores assín-
cronos. Segundo Neto e Carvalho (2012), isso pode ser um desafio em aplica-
ções que exigem um alto torque de partida, necessitando de soluções alter-
nativas para o arranque ou de motores síncronos especialmente projetados 
para superar essa limitação.
Apesar dessas limitações, a escolha de um motor síncrono é frequentemente 
justificada pela necessidade de controle preciso de velocidade, eficiência 
operacional ou por requisitos específicos de aplicação, como a geração de 
energia ou aplicações de processo crítico. A compreensão dessas vantagens 
e limitações é crucial para engenheiros e designers que buscam otimizar 
o desempenho e a eficiência de sistemas e equipamentos, ressaltando a 
importância dos motores síncronos no panorama tecnológico atual e futuro.
6.2 MOTORES ASSÍNCRONOS: CONSTRUÇÃO, PRINCÍPIO 
DE FUNCIONAMENTO E APLICAÇÕES
A construção dos motores assíncronos, também conhecidos como motores 
de indução, reflete um design elegante e eficiente, otimizado para a 
conversão de energia elétrica em mecânica através do princípio da indução 
eletromagnética. Central para essa conversão está o estator, a parte estacio-
nária do motor, que é composto por enrolamentos de cobre dispostos em 
ranhuras ao longo de um núcleo de ferro laminado. Quando alimentado 
por uma corrente alternada trifásica, o estator cria um campo magnético 
rotativo. Explica Reis (2011) que essa característica é fundamental, pois é o 
campo magnético rotativo que induz a corrente no rotor, que por sua vez, 
gera o movimento rotacional.
O rotor, localizado no interior do campo magnético criado pelo estator, 
pode ser de dois tipos principais: gaiola de esquilo ou bobinado. O rotor 
tipo gaiola de esquilo, amplamente utilizado devido à sua simplicidade e 
103
Conversão Eletromecânica da Energias
robustez, consiste em barras de alumínio ou cobre inseridas ao longo do 
comprimento do núcleo de ferro do rotor, conectadas em ambas as extremi-
dades por anéis condutores. Esta construção se assemelha a uma gaiola, daí 
o nome. Quando o campo magnético rotativo do estator atravessa o rotor, 
uma corrente é induzida nas barras da gaiola, gerando força eletromagné-
tica que impulsiona o rotor a girar.
Saiba Mais
Para obter uma compreensão mais aprofundada sobre 
os motores de corrente alternada trifásica, é importante 
explorar as diferenças entre os rotores tipo gaiola de 
esquilo e os rotores bobinados. Segundo Neto e Carvalho 
(2012), cada tipo tem suas próprias características e aplica-
ções específicas e entender as suas diferenças pode ajudar 
na seleção do motor mais adequado para uma determi-
nada aplicação.
Por outro lado, o rotor bobinado, menos comum, contém enrolamentos simi-
lares aos do estator, que são conectados a anéis deslizantes. Isso permite a 
introdução de uma corrente externa no rotor, oferecendo maior controle 
sobre o desempenho do motor, especialmente em aplicações que exigem 
arranques suaves sob cargas pesadas ou ajuste fino da velocidade.
A interação entre o estator e o rotor nos motores assíncronos é um processo 
dinâmico, aponta Bim (2018). O campo magnético rotativo do estator induz 
correntes no rotor, que por sua vez criam seu próprio campo magnético. Este 
campo magnético do rotor tenta se alinhar com o campo rotativo do estator, 
resultando em movimento rotacional. No entanto, para que a indução ocorra, 
deve existir uma diferença de velocidade entre o campo magnético rotativo 
e o rotor; daí o termo “assíncrono”, indicando que o rotor sempre gira a uma 
velocidade ligeiramente inferior à do campo magnético rotativo do estator.
Essa configuração básica dos motores de indução, com sua robustez e 
design eficiente, torna-os adequados para uma vasta gama de aplicações, 
104
Conversão Eletromecânica da Energias
desde eletrodomésticos até grandes máquinas industriais. A escolha entre 
um rotor de gaiola de esquilo e um rotor bobinado depende das exigências 
específicas da aplicação, como a necessidade de controle de velocidade, 
capacidade de arranque e eficiência operacional. Assim, a compreensão 
detalhada da construção e interação dos componentes dos motores assín-
cronos é essencial para otimizar seu desempenho e aplicabilidade.
O princípio de funcionamento dos motores assíncronos, ou de indução, é 
um dos exemplos mais elegantes da aplicação da indução eletromagnética, 
um conceito fundamental descoberto por Michael Faraday no século XIX. 
Nesses motores, a corrente elétrica necessária para produzir o movimento 
rotacional do rotor não é fornecida porconexões elétricas diretas, mas sim 
induzida magneticamente pelo campo magnético rotativo criado no estator. 
Este processo se baseia na Lei de Faraday da indução eletromagnética, que 
afirma que uma variação do fluxo magnético através de um circuito fechado 
induz uma tensão elétrica nesse circuito.
Segundo Nascimento Jr. (2014), quando o estator é alimentado por uma 
corrente alternada trifásica, os enrolamentos produzem um campo magné-
tico rotativo. Esse campo gira no espaço dentro do estator à mesma velo-
cidade angular da frequência da corrente alternada fornecida, conhecida 
como velocidade síncrona. O rotor, colocado dentro deste campo magnético 
rotativo e ainda em repouso, tem uma corrente induzida em seus condu-
tores devido à variação do fluxo magnético, seguindo a Lei de Faraday-Lenz. 
A interação dessas correntes induzidas com o campo magnético gera força 
sobre os condutores do rotor, levando-o a girar.
No entanto, para que a indução continue ocorrendo e a força seja mantida, 
deve existir uma diferença de velocidade entre o campo magnético rotativo 
e o rotor. Se o rotor girasse na mesma velocidade que o campo magné-
tico do estator, não haveria variação de fluxo magnético através dos condu-
tores do rotor, e, portanto, nenhuma corrente seria induzida, cessando a 
força motriz. É por isso que o motor é denominado “assíncrono” – o rotor 
sempre gira a uma velocidade ligeiramente inferior à do campo magnético 
do estator, uma diferença conhecida como “escorregamento”. O escorrega-
mento é necessário para a operação do motor e varia de acordo com a carga 
aplicada ao motor; sob cargas maiores, o escorregamento aumenta para 
induzir mais corrente no rotor e gerar mais torque.
105
Conversão Eletromecânica da Energias
Esse escorregamento é fundamental não apenas para o funcionamento do 
motor, mas também para a sua regulação de velocidade e capacidade de 
adaptação a diferentes cargas. Ele permite que o motor assíncrono ajuste seu 
torque em resposta a variações de carga, mantendo uma operação eficiente 
em uma ampla gama de condições operacionais. Embora isso signifique 
que a velocidade do motor pode variar sob diferentes cargas, os motores 
de indução são valorizados por sua robustez, simplicidade de construção e 
capacidade de lidar com ambientes operacionais severos sem necessidade 
de manutenção intensiva.
Portanto, o princípio da indução eletromagnética aplicado aos motores assín-
cronos exemplifica uma aplicação prática e eficiente dos fundamentos da 
física, permitindo a conversão de energia elétrica em mecânica de maneira 
simples, robusta e versátil. Essa característica de operação assíncrona, junta-
mente com a robustez e a eficiência desses motores, os torna uma escolha 
predominante para uma infinidade de aplicações, desde máquinas simples 
até sistemas industriais complexos.
Os motores assíncronos, com sua operação baseada na indução eletromag-
nética, ocupam um lugar de destaque em diversas aplicações industriais 
e comerciais, graças à sua robustez, eficiência de custo e simplicidade de 
manutenção. Esses motores são frequentemente a escolha preferida para 
aplicações que exigem confiabilidade e durabilidade, como bombas, venti-
ladores, esteiras transportadoras e uma vasta gama de máquinas opera-
trizes. A sua capacidade de operar em ambientes agressivos, com pouca ou 
nenhuma manutenção, além da facilidade de controle de velocidade através 
de inversores de frequência, faz deles uma opção versátil e econômica para 
muitas indústrias.
Comparativamente, os motores síncronos são valorizados pela precisão de 
velocidade e eficiência em aplicações de alta potência, como geradores em 
usinas de energia, onde a velocidade constante é essencial para manter a 
frequência da rede elétrica. Reis (2011) enfatiza que a sua capacidade de 
operar com um fator de potência variável, tanto capacitivo quanto indutivo, 
os torna úteis em aplicações de correção do fator de potência, melhorando a 
eficiência da transmissão de energia em sistemas elétricos de grande escala. 
Por outro lado, o rotor bobinado, menos comum, contém enrolamentos simi-
lares aos do estator, que são conectados a anéis deslizantes. Isso permite a 
106
Conversão Eletromecânica da Energias
introdução de uma corrente externa no rotor, oferecendo maior controle 
sobre o desempenho do motor, especialmente em aplicações que exigem 
arranques suaves sob cargas pesadas ou ajuste fino da velocidade.
A interação entre o estator e o rotor nos motores assíncronos é um processo 
dinâmico, aponta Bim (2018). O campo magnético rotativo do estator induz 
correntes no rotor, que por sua vez criam seu próprio campo magnético. 
Este campo magnético do rotor tenta se alinhar com o campo rotativo 
do estator, resultando em movimento rotacional. No entanto, para que a 
indução ocorra, deve existir uma diferença de velocidade entre o campo 
magnético rotativo e o rotor; daí o termo “assíncrono”, indicando que o rotor 
sempre gira a uma velocidade ligeiramente inferior à do campo magnético 
rotativo do estator.
Essa configuração básica dos motores de indução, com sua robustez e 
design eficiente, torna-os adequados para uma vasta gama de aplicações, 
desde eletrodomésticos até grandes máquinas industriais. A escolha entre 
um rotor de gaiola de esquilo e um rotor bobinado depende das exigências 
específicas da aplicação, como a necessidade de controle de velocidade, 
capacidade de arranque e eficiência operacional. Assim, a compreensão 
detalhada da construção e interação dos componentes dos motores assín-
cronos é essencial para otimizar seu desempenho e aplicabilidade.
O princípio de funcionamento dos motores assíncronos, ou de indução, é 
um dos exemplos mais elegantes da aplicação da indução eletromagnética, 
um conceito fundamental descoberto por Michael Faraday no século XIX. 
Nesses motores, a corrente elétrica necessária para produzir o movimento 
rotacional do rotor não é fornecida por conexões elétricas diretas, mas sim 
induzida magneticamente pelo campo magnético rotativo criado no estator. 
Este processo se baseia na Lei de Faraday da indução eletromagnética, que 
afirma que uma variação do fluxo magnético através de um circuito fechado 
induz uma tensão elétrica nesse circuito.
Segundo Nascimento Jr. (2014), quando o estator é alimentado por uma 
corrente alternada trifásica, os enrolamentos produzem um campo magné-
tico rotativo. Esse campo gira no espaço dentro do estator à mesma velo-
cidade angular da frequência da corrente alternada fornecida, conhecida 
como velocidade síncrona. O rotor, colocado dentro deste campo magnético 
107
Conversão Eletromecânica da Energias
rotativo e ainda em repouso, tem uma corrente induzida em seus condu-
tores devido à variação do fluxo magnético, seguindo a Lei de Faraday-Lenz. 
A interação dessas correntes induzidas com o campo magnético gera força 
sobre os condutores do rotor, levando-o a girar.
No entanto, para que a indução continue ocorrendo e a força seja mantida, 
deve existir uma diferença de velocidade entre o campo magnético rotativo 
e o rotor. Se o rotor girasse na mesma velocidade que o campo magné-
tico do estator, não haveria variação de fluxo magnético através dos condu-
tores do rotor, e, portanto, nenhuma corrente seria induzida, cessando a 
força motriz. É por isso que o motor é denominado “assíncrono” – o rotor 
sempre gira a uma velocidade ligeiramente inferior à do campo magnético 
do estator, uma diferença conhecida como “escorregamento”. O escorrega-
mento é necessário para a operação do motor e varia de acordo com a carga 
aplicada ao motor; sob cargas maiores, o escorregamento aumenta para 
induzir mais corrente no rotor e gerar mais torque.
Esse escorregamento é fundamental não apenas para o funcionamento do 
motor, mas também para a sua regulação de velocidade e capacidade de 
adaptação a diferentes cargas. Ele permite que o motor assíncrono ajuste seu 
torque em resposta a variações de carga, mantendo uma operação eficiente 
em umaampla gama de condições operacionais. Embora isso signifique 
que a velocidade do motor pode variar sob diferentes cargas, os motores 
de indução são valorizados por sua robustez, simplicidade de construção e 
capacidade de lidar com ambientes operacionais severos sem necessidade 
de manutenção intensiva.
Portanto, o princípio da indução eletromagnética aplicado aos motores assín-
cronos exemplifica uma aplicação prática e eficiente dos fundamentos da 
física, permitindo a conversão de energia elétrica em mecânica de maneira 
simples, robusta e versátil. Essa característica de operação assíncrona, junta-
mente com a robustez e a eficiência desses motores, os torna uma escolha 
predominante para uma infinidade de aplicações, desde máquinas simples 
até sistemas industriais complexos.
Os motores assíncronos, com sua operação baseada na indução eletromag-
nética, ocupam um lugar de destaque em diversas aplicações industriais 
e comerciais, graças à sua robustez, eficiência de custo e simplicidade de 
108
Conversão Eletromecânica da Energias
manutenção. Esses motores são frequentemente a escolha preferida para 
aplicações que exigem confiabilidade e durabilidade, como bombas, venti-
ladores, esteiras transportadoras e uma vasta gama de máquinas opera-
trizes. A sua capacidade de operar em ambientes agressivos, com pouca ou 
nenhuma manutenção, além da facilidade de controle de velocidade através 
de inversores de frequência, faz deles uma opção versátil e econômica para 
muitas indústrias.
Comparativamente, os motores síncronos são valorizados pela precisão de 
velocidade e eficiência em aplicações de alta potência, como geradores em 
usinas de energia, onde a velocidade constante é essencial para manter a 
frequência da rede elétrica. Reis (2011) enfatiza que a sua capacidade de 
operar com um fator de potência variável, tanto capacitivo quanto indutivo, 
os torna úteis em aplicações de correção do fator de potência, melhorando a 
eficiência da transmissão de energia em sistemas elétricos de grande escala.
Reflita
A precisão e eficiência dos motores síncronos em cenários 
de alta potência nos convidam a considerar não apenas 
a sua função prática, mas também a sua influência nos 
fundamentos da estabilidade elétrica em larga escala. Ao 
contemplarmos a sua capacidade de manter a sincronia 
e ajustar o fator de potência, somos instigados a refletir 
sobre o papel essencial que desempenham na infraestru-
tura energética moderna e nas complexas interações que 
moldam nosso mundo conectado.
No entanto, a escolha entre um motor síncrono e um assíncrono depende de 
vários fatores. Motores síncronos, por exemplo, podem ser mais caros inicial-
mente devido a sua construção complexa e à necessidade de sistemas de 
excitação externos, tornando-os menos atraentes para aplicações de menor 
escala ou onde o custo inicial é uma consideração crítica. Além disso, os 
motores síncronos exigem métodos de partida mais complexos e equipa-
mentos adicionais para sincronizar o rotor com a frequência da rede antes 
109
Conversão Eletromecânica da Energias
de alcançarem a operação estável, o que pode aumentar a complexidade e 
o custo operacional, segundo Reis (2021).
Por outro lado, motores assíncronos apresentam uma vantagem significa-
tiva em termos de simplicidade de partida e operação. Sua capacidade de 
partir diretamente da rede, sem a necessidade de dispositivos externos para 
alcançar a sincronia, simplifica o design do sistema e reduz os custos asso-
ciados. No entanto, como advertem Simone e Creppe (2010), eles podem 
sofrer com eficiência reduzida em cargas parciais devido ao escorrega-
mento inerente ao seu princípio de operação, uma limitação que os motores 
síncronos não enfrentam devido a sua operação em velocidade constante, 
independentemente das variações de carga.
Em resumo, a escolha entre motores síncronos e assíncronos deve considerar 
a aplicação específica, as exigências operacionais, a eficiência desejada e 
o custo total, incluindo instalação, operação e manutenção. Motores assín-
cronos são frequentemente preferidos para a maioria das aplicações indus-
triais devido a sua robustez e simplicidade, enquanto motores síncronos são 
escolhidos em situações que requerem controle preciso de velocidade, efici-
ência em carga plena ou correção do fator de potência, demonstrando a 
importância de compreender as características e aplicações de cada tipo de 
motor no vasto campo da engenharia elétrica.
110
Conversão Eletromecânica da Energias
CONCLUSÃO
Ao concluir essa jornada pela Unidade 6, dedicada às máquinas de corrente 
alternada trifásica, fica evidente a importância crítica dos motores síncronos 
e assíncronos no panorama tecnológico moderno. Esses motores, funda-
mentais em uma ampla gama de aplicações industriais e comerciais, exem-
plificam a aplicação prática dos princípios eletromagnéticos para realizar 
trabalho útil, desde movimentar cargas pesadas em ambientes indus-
triais até propiciar o conforto de dispositivos domésticos. A compreensão 
profunda da sua construção, princípio de funcionamento e características 
operacionais é essencial para engenheiros e técnicos que buscam otimizar o 
desempenho e a eficiência energética de sistemas e equipamentos.
Os motores síncronos, com sua capacidade de operar em perfeita sincronia 
com a frequência da fonte de alimentação, destacam-se em aplicações que 
exigem controle preciso de velocidade ou correção do fator de potência. A 
eficiência, a estabilidade operacional e a capacidade de contribuir para a 
qualidade da energia em sistemas de grande escala são características que 
tornam esses motores indispensáveis em muitos contextos, especialmente 
em geração de energia e aplicações de precisão.
Por outro lado, os motores assíncronos, ou de indução, são louvados por 
sua robustez, simplicidade e custo-benefício, características que os tornam 
a escolha preferencial para a maioria das aplicações industriais. A facilidade 
de partida, a capacidade de lidar com variações de carga sem a necessidade 
de sistemas de controle complexos e a eficácia em ambientes operacionais 
adversos ressaltam a versatilidade desses motores.
Contudo, a decisão entre utilizar um motor síncrono ou assíncrono não é 
meramente técnica, mas também econômica e estratégica, ponderando os 
custos iniciais, a eficiência operacional, a manutenção e as especificidades da 
aplicação. A escolha adequada impacta diretamente a eficiência, a susten-
tabilidade e a viabilidade econômica de projetos e operações, reiterando a 
necessidade de uma abordagem holística e bem-informada na engenharia 
de sistemas.
111
Conversão Eletromecânica da Energias
Portanto, esta Unidade não apenas forneceu uma base sólida no entendi-
mento dos motores de corrente alternada trifásica, mas também enfatizou a 
importância da inovação contínua e da educação em engenharia elétrica. À 
medida que se avança tecnologicamente, a capacidade de adaptar, otimizar 
e inovar no design e na aplicação de motores elétricos será crucial para 
enfrentar os desafios futuros, desde a eficiência energética até a integração 
de fontes renováveis de energia, moldando o futuro da indústria, da tecno-
logia e da sociedade.
112
Conversão Eletromecânica da Energias
MATERIAL COMPLEMENTAR
Para saber mais desse tema, leia os artigos a seguir.
1. CARVALHO, J. A. B. Regulação de velocidade em motores assíncronos de 
corrente alternada. Revista Neutro à Terra, v. 14, n. 7, 2014. Disponível 
em: https://recipp.ipp.pt/bitstream/10400.22/6493/1/RevistaNeutroATerra_
N14_2014_ART_1.pdf. Acesso em: 22 abr. 2024.
2. REZENDE, P. H. O.; BISPO, D. Análise econômica em motores de indução 
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