AULA 15 - Maquinas Eletricas

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ELETRICIDADE C 
Prof. Renan Caron Viero – rcviero@gmail.com 
Adaptado do Material do prof. Sérgio Haffner 
https://sites.google.com/site/rcviero/ 
 
Máquinas Elétricas 
Introdução e Máquina CC 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 2 
INTRODUÇÃO 
• Máquinas elétricas 
 equipamentos destinados a converter energia elétrica em 
energia mecânica ou vice-versa 
• Gerador elétrico → converte energia mecânica em energia elétrica 
• Motor elétrico → converte energia elétrica em energia mecânica 
 
Sistema Elétrico
Tensão V [V]
Corrente I [A]
Sistema Mecânico
Conjugado (torque) T [N.m]
Rotação n [rpm]
Máquina
Elétrica
Motor elétrico
Gerador elétrico
Aula 15 – Máquinas Elétricas 3 
TIPOS DE MÁQUINAS 
MOTOR C.A. 
MONOFÁSICO 
UNIVERSAL 
TRIFÁSICO 
ASSÍNCRONO 
SÍNCRONO 
ASSÍNCRONO 
GAIOLA DE 
ESQUILO 
ROTOR 
BOBINADO 
SPLIT - PHASE 
CAP. PARTIDA 
CAP. PERMANENTE 
CAP. 2 VALORES 
PÓLOS SOMBREADOS 
REPULSÃO 
RELUTÂNCIA 
HISTERESE 
DE GAIOLA 
DE ANÉIS 
IMÃ PERMANENTE 
PÓLOS SALIENTES 
PÓLOS LISOS 
MOTOR C.C. 
EXCITAÇÃO SÉRIE 
EXCITAÇÃO INDEPENDENTE 
EXCITAÇÃO COMPOUND 
IMÃ PERMANENTE 
SÍNCRONO 
4 
TIPOS DE MÁQUINAS 
• Máquina de corrente contínua (máquina CC) 
 energia elétrica em corrente contínua (CC) 
• Máquina corrente alternada (máquina CA) 
 energia elétrica em corrente alternada (CA) 
• síncrona 
– velocidade constante (síncrona) 
 
 
 
 sendo p o número de polos, fe a frequência elétrica em Hz e ωe a 
velocidade angular elétrica em rad/s. 
– enrolamento de campo alimentado em CC 
• assíncrona 
– velocidade variável (próxima à velocidade síncrona) 
– escorregamento (s): diferença percentual entre a velocidade síncrona (ns) 
e a velocidade de rotação da máquina (nr) 
[ ]es e
120 120 rpm
2
n f
p p
ω
π
   
= =   
   
Aula 15 – Máquinas Elétricas 5 
DEFINIÇÕES BÁSICAS 
• Estator 
 conjunto de elementos fixados à carcaça da máquina 
• Rotor 
 conjunto de elementos em torno do eixo móvel 
• Enrolamento de armadura 
 grupo de bobinas conectadas e distribuídas em uma superfície cilíndrica 
no qual circula corrente alternada 
 localização 
• máquinas CA (síncronas ou de indução) → estator 
• máquinas CC → rotor 
– por intermédio de um contato mecânico rotativo (comutador) a corrente que 
circula nas bobinas tem sua polaridade alternada 
• Enrolamento de campo 
 bobinas concentradas em torno de um núcleo ferromagnético para 
produção do campo principal da máquina 
• pode ser substituído por imã permanente 
 localização 
• máquinas CA (síncrona) → rotor 
• Em máquinas CC → estator 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 6 
DEFINIÇÕES BÁSICAS 
• Comutador 
 contato mecânico rotativo formado por diversas lamelas utilizado para 
realizar as conexões das bobinas da máquinas CC 
• Escovas 
 contato fixo de carbono (grafite) 
responsável pelo contato com 
as lamelas do comutador nas 
máquinas CC ou com os anéis 
nas máquinas síncronas e de 
indução com rotor bobinado 
• Anéis 
 contato mecânico rotativo contínuo utilizado para 
realizar as conexões das bobinas do rotor nas 
máquinas síncronas e de indução com rotor bobinado 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 7 
MÁQUINA CC 
CONSTRUÇÃO 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 8 
MÁQUINA CC 
CONSTRUÇÃO 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 9 
MÁQUINA CC 
CONSTRUÇÃO 
• enrolamento 
de campo 
• enrolamento 
de armadura 
• comutador 
• escovas 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 10 
MÁQUINA CC 
CONSTRUÇÃO 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 11 
MÁQUINA CC 
CONSTRUÇÃO 
• estator 
 
 
• enrolamento 
de campo 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 12 
MÁQUINA CC 
CONSTRUÇÃO 
• rotor 
 
 
 
• enrolamento 
de armadura 
 
 
 
• comutador 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 13 
MÁQUINA CC 
CONSTRUÇÃO 
• Principais tipos de enrolamentos 
– imbricado 
– ondulado 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 14 
MÁQUINA CC 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
1. Criação de campo magnético estático: ímas permanentes ou 
através de um enrolamento de campo 
2. Movimento relativo entre o condutor e o campo magnético: 
energia mecânica fornecida ao rotor 
3. A medida que os lados da espira cortam as linhas de campo é 
induzida uma força eletromotriz f.e.m. 
GERADOR CC ELEMENTAR (DÍNAMO) 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 15 
MÁQUINA CC 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
4. O valor da f.e.m. induzida depende da posição da espira com 
relação ao campo magnético 
5. A polaridade da f.e.m. pode ser definida pela regra da mão direita 
GERADOR CC ELEMENTAR (DÍNAMO) 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 16 
MÁQUINA CC 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
• Retificação por meio do comutador 
GERADOR CC ELEMENTAR (DÍNAMO) 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 17 
MÁQUINA CC 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
GERADOR CC ELEMENTAR (DÍNAMO) 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 18 
MÁQUINA CC 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
GERADOR CC ELEMENTAR (DÍNAMO) 
• Corrente alternada na armadura retificada por 
intermédio do comutador 
• Gerador com apenas uma espira 
19 
MÁQUINA CC 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
GERADOR CC ELEMENTAR 
• Efeito da inclusão 
de mais espiras 
na tensão de 
saída 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 20 
MÁQUINA CC 
A adição de mais enrolamentos comutados, somado com o aumento do número de 
pólos faz com que a onda se saída seja aproximada cada vez mais de um nível CC. 
GERADOR CC ELEMENTAR 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 21 
MÁQUINA CC 
GERADOR CC – EXCITAÇÃO DE CAMPO 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 22 
MÁQUINA CC 
GERADOR CC – CIRCUITO EQUIVALENTE 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
( )
ta g a a
t g a s a
L a f
t f f
=
V V r I
V V r r I
I I I
V r I
= −
− +
= −
=
ta
g
t
a
f
L
a
tensão no terminal da armadura [V]
tensão induzida na armadura [V]
tensão no terminal do gerador [V]
corrente na armadura [A]
corrente no campo (derivação) [A]
corrente na linha [A]
re
V
V
V
I
I
I
r
−
−
−
−
−
−
−
f
s
sistência do circuito da armadura [ ]
resistência do campo (derivação) [ ]
resistência do campo série [ ]
r
r
Ω
− Ω
− Ω
Aula 15 – Máquinas Elétricas 23 
MÁQUINA CC 
GERADOR CC – EQUAÇÕES 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
g m
g
2
60
a
V k
T k I
p Zk
a
V c n
p Zc
a
ω
π
= Φ
= Φ
=
= Φ
=
g
m
a
tensão induzida na armadura [V]
torque resistente [N.m]
e constantes da máquina
fluxo por polo [Wb]
velocidade angular do rotor [rad/s]
corrente de armadura [A]
número de polos
número de c
V
T
c k
I
p
Z
ω
−
−
−
Φ −
−
−
−
−
[ ]
ondutores da armadura
número de caminhos em paralelo
velocidade 
a
n rpm
−
−
vazio carga nominal
carga nominal
saída entrada perdas
entrada entrada
RegV% 100%
Eficiência% 100% 100%
V V
V
P P P
P P
−
=
−
= =
Aula 15 – Máquinas Elétricas 24 
MÁQUINA CC 
GERADOR CC – PERDAS 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
 no cobre (rI2) 
• na armadura 
• no campo série 
• no campo em derivação 
 mecânicas ou rotacionais 
• perdas no ferro 
– correntes parasitas 
– histerese 
• perdas por atrito 
– mancal (rolamento) 
– escova 
– ventilação (atrito com ar) 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 25 
MÁQUINA CC 
EXERCÍCIOS 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
262V 
(a) 108V (b) 100V 
25% 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 26 
MÁQUINA CC 
EXERCÍCIOS 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
(a) 2A 
(b) 32A 
(c) 650W 
(d) 78,3% 
Aula 15 – Máquinas Elétricas 27 
MÁQUINA CC 
PRINCÍPIODE FUNCIONAMENTO 
MOTOR CC ELEMENTAR (IMÃ PERMANENTE) 
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