PÓS UCAM - ELETROMECÂNICA

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MATERIAL DIDÁTICO 
 
ELETROMECÂNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
U N I V E R S I DA D E
CANDIDO MENDES
 
CREDENCIADA JUNTO AO MEC PELA 
PORTARIA Nº 1.282 DO DIA 26/10/2010 
 
Impressão 
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SUMÁRIO 
 
 
UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO ................................................................................. 03 
 
UNIDADE 2 – ELETRICIDADE E MAGNETISMO .................................................. 05 
2.1 Breve evolução histórica ................................................................................... 05 
2.2 Conceitos e definições ...................................................................................... 06 
2.3 Propriedades magnéticas dos materiais............................................................ 07 
2.4 Classificação dos materiais ............................................................................... 09 
2.4.1 Em termos de propriedades magnéticas ........................................................ 09 
2.4.2 Em termos da susceptibilidade magnética ..................................................... 14 
2.5 Histerese ........................................................................................................... 15 
 
UNIDADE 3 – CIRCUITOS MAGNÉTICOS ............................................................ 18 
3.1 Circuitos magnéticos lineares ............................................................................ 19 
3.2 Circuitos magnéticos não lineares ..................................................................... 19 
3.3 Fator de empacotamento .................................................................................. 19 
3.4 Circuitos magnéticos com entreferros ............................................................... 20 
 
UNIDADE 4 – TRANSFORMADORES ................................................................... 22 
4.1 Transformador monofásico ................................................................................ 26 
4.2 Transformações trifásicas ................................................................................. 29 
4.3 Transformadores de múltiplos enrolamentos .................................................... 30 
 
UNIDADE 5 – CONVERSÃO DE ENERGIA ........................................................... 34 
5.1 Transdutores de energia ................................................................................... 35 
 
UNIDADE 6 – MÁQUINAS ELÉTRICAS ................................................................ 36 
6.1 Características dos principais tipos de motores ................................................ 37 
6.2 Motores assíncronos trifásicos com rotor em gaiola ......................................... 53 
6.3 Alternadores – geradores síncronos ................................................................. 55 
6.4 Noções básicas de transmissão e conversão de movimento ............................ 57 
 
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 67 
 
 
 
 
 
 
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UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO 
 
Assim como a eletrônica, a eletromecânica também faz parte do currículo 
básico da Engenharia Elétrica e dedicamos este terceiro módulo à eletricidade 
aplicada à mecânica, a começar por conceitos básicos como eletricidade e 
magnetismo, materiais e circuitos magnéticos. 
Se pensarmos em tecnologia, a eletromecânica tem exatamente essa 
função: combinar ciências e técnicas de eletrotécnica com as da mecânica. Por 
outro lado, quando se trata da combinação da mecânica com a eletrônica estaremos 
falando em mecatrônica. 
Dentre as competências do profissional da eletromecânica podemos citar: 
 selecionar, implementar e controlar processos de produção industrial de 
componentes, selecionando os materiais adequados; 
 organizar, gerir, planejar e controlar as atividades de manutenção em 
instalações industriais; 
 monitorar, operar e manter instalações, máquinas e outros equipamentos 
térmicos, elétricos e hidráulicos em pleno e ótimo funcionamento; 
 calcular, selecionar, montar, operar, monitorar e manter as máquinas elétricas 
utilizadas em instalações industriais; 
 planejar, calcular, desenhar, construir, operar, monitorar e manter instalações 
elétricas de alta, média e baixa tensão, de acordo com as regulamentações 
vigentes; 
 selecionar, calcular, desenhar, monitorar, operar e manter sistemas básicos 
de medição e controle de processos industriais. 
Quanto ao tema sobre conversão de energia eletromecânica, é de especial 
interesse formando um ponto de contato importante entre a engenharia elétrica e as 
engenharias de outras áreas. Os transdutores eletromecânicos são usados 
geralmente nos projetos de sistemas de controles industriais, aeroespaciais e 
 
 
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aplicações biomédicas e formam a base de muitas aplicações comuns. Princípios de 
funcionamento de motores e máquinas elétricas completam o módulo. 
Ressaltamos em primeiro lugar que embora a escrita acadêmica tenha como 
premissa ser científica, baseada em normas e padrões da academia, fugiremos um 
pouco às regras para nos aproximarmos de vocês e para que os temas abordados 
cheguem de maneira clara e objetiva, mas não menos científicos. Em segundo lugar, 
deixamos claro que este módulo é uma compilação das ideias de vários autores, 
incluindo aqueles que consideramos clássicos, não se tratando, portanto, de uma 
redação original e tendo em vista o caráter didático da obra, não serão expressas 
opiniões pessoais. 
Ao final do módulo, além da lista de referências básicas, encontram-se 
outras que foram ora utilizadas, ora somente consultadas, mas que, de todo modo, 
podem servir para sanar lacunas que por ventura venham a surgir ao longo dos 
estudos. 
 
 
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UNIDADE 2 – ELETRICIDADE E MAGNETISMO 
 
2.1 Breve evolução histórica 
Desde a antiguidade temos notícia de que os povos conheciam a 
eletricidade, especialmente os gregos conheciam o fenômeno de eletrização por 
atrito. Eles sabiam que o âmbar (resina amarelada) quando atritada com pele de 
animais, atraia partículas leves como sementes ou palha. Âmbar em grego é 
elektron, o que gerou o nome da palavra eletricidade e do elétron. 
Em se tratando de magnetismo, também encontramos na Grécia o 
conhecimento das propriedades de um minério de ferro encontrado na região da 
Magnésia, a magnetita (Fe3O4), que atraia pequenos fragmentos de ferro. Os 
chineses também já haviam descoberto que uma agulha de magnetita capaz de se 
orientarlivremente num plano horizontal alinha-se aproximadamente na direção 
norte-sul. Eles usavam este aparelho como uma bússola para navegação. 
Até fins do século XVIII, eletricidade e magnetismo eram ciências totalmente 
desconectadas entre si, consideradas apenas como curiosidades de laboratório. Em 
ambos os casos, conheciam-se apenas fenômenos estáticos, em que não havia 
movimentação de cargas, ou seja, corrente elétrica. 
Foi somente no século XIX que alguns experimentos mostraram certa 
relação entre a eletricidade e o magnetismo, mais precisamente os efeitos 
magnéticos das correntes. Enquanto Faraday mostrou o fenômeno de indução 
eletromagnética (variação de campos magnéticos que com o tempo produzia 
campos elétricos); Maxwell formulou a teoria clássica do eletromagnetismo. 
No século XX vimos consolidar o eletromagnetismo por meio de sua 
incorporação à teoria da relatividade restrita de Einstein, o qual percebeu que 
campos elétricos e magnéticos são partes de um campo mais geral, denominado 
campo eletromagnético. Posteriormente, o eletromagnetismo foi incorporado à 
ciência do muito pequeno, a mecânica quântica, onde outros resultados 
interessantes puderam ser tirados (NUSSENZVEIG, 1997; SANTOS, 2011). 
 
 
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2.2 Conceitos e definições 
Por definição, magnetismo é um fenômeno básico no processo de 
andamento de geradores, motores elétricos, na reprodução de voz e de imagens, no 
armazenamento de memória de aparatos tecnológicos, como os computadores, 
entre outras aplicações. 
Ele acontece quando um elemento atrai pedaços de ferro e encontra no imã, 
o objeto mais comum que possui essas propriedades atrativas. Quando estes 
fenômenos acontecem nas correntes elétricas chamamos de eletromagnetismo. 
A magnetita é, portanto, um imã natural. Chamamos corpo neutro àquele 
que não tem propriedade magnética: corpo imantado àquele que se tornou ímã. Os 
corpos que se imantam com grande facilidade são o ferro e certas ligas de ferro 
usadas na fabricação de ímãs permanentes. Uma dessas ligas é o ALNICO, 
composta de ferro, alumínio, níquel, cobre e cobalto. 
De acordo com a constituição química do ímã artificial, ele pode manter a 
propriedade magnética por muito tempo, até por muitos anos, ou perdê-la logo 
depois que cesse a causa da imantação. No primeiro caso, o ímã é chamado 
permanente; no segundo, ímã temporal, ou transitório. Os eletroímãs são sempre 
ímãs temporais. Os ímãs naturais são permanentes (USP, 2007). 
As regras do eletromagnetismo são regidas pelas quatro equações de 
Maxwell. 
Dentro do eletromagnetismo são estudados vários segmentos como o 
magnetismo, a eletrostática, a magnetostática, a eletrodinâmica e os circuitos 
elétricos. 
 
 
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As principais unidades utilizadas dentro do eletromagnetismo podem ser 
encontradas na tabela a seguir: 
 
2.3 Propriedades magnéticas dos materiais 
Todas as substâncias sejam elas sólidas, líquidas ou gasosas mostram 
alguma característica magnética, em todas as temperaturas. Dessa forma, o 
magnetismo é uma propriedade básica de qualquer material. As propriedades 
magnéticas dos materiais têm sua origem na estrutura eletrônica dos átomos. Do 
ponto de vista clássico, são de dois tipos os movimentos, associados ao elétron que 
podem explicar a origem dos momentos magnéticos: o momento angular orbital do 
elétron, e o momento angular do “spin” do elétron. 
 
Fonte: GRAÇA (2012, p. 1). 
 
 
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Veja as ilustrações abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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- Quando algum material é colocado em um campo magnético externo Bo, os 
momentos magnéticos atômicos individuais no material contribuem para a sua 
resposta ao campo magnético Bm, a indução magnética B é descrita assim: B= 
Bo+Bm. 
- O campo magnético externo Bo tende a alinhar os momentos magnéticos 
dipolares (tanto induzidos como permanentes) dentro do material, nesta situação o 
material é dito magnetizado. Descreve-se um material magnetizado por sua 
magnetização Bm, que é definida como a soma de todos os momentos magnéticos 
elementares, por unidade de volume. 
- Para materiais do tipo paramagnéticos e ferromagnéticos, Bm está na 
mesma direção de Bo; para materiais diamagnéticos, Bm é contrário a Bo. Para 
materiais paramagnéticos e diamagnéticos, na maioria das situações, a 
magnetização é proporcional ao campo magnético aplicado. 
- A magnetização nos materiais varia, desde diamagnético até 
ferromagnético. 
2.4 Classificação dos materiais 
2.4.1 Em termos de propriedades magnéticas 
a) Materiais diamagnéticos: 
 pequenos valores negativos de X (ou seja, o campo de magnetização 
opõe-se ao campo aplicado e desaparece quando se retira o campo 
aplicado). 
 Exemplos: Zn Cd Cu, Ag, Sn. 
Outras observações importantes sobre os materiais diamagnéticos: 
 o campo magnético induzido se opõe ao campo magnético externo, gerando 
uma repulsão de pequena intensidade. As variações do Campo Externo 
geram variações no momento orbital dos elétrons; 
 a susceptibilidade diamagnética é negativa B<Bo; 
 os materiais diamagnéticos são repelidos pelo campo externo, observando-se 
a repulsão das linhas de campo magnético; 
 
 
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 todas as substâncias são compostas de átomos e moléculas nos quais os 
elétrons ocupam órbitas definidas e, evidentemente, o diamagnetismo é uma 
propriedade geral que também ocorre quando os átomos possuam momentos 
magnéticos permanentes. No caso geral, pode-se dizer que a susceptibilidade 
magnética será a soma dos dois efeitos, 
; 
 o valor do termo diamagnético, em geral, é muito inferior, em módulo, ao 
paramagnético; 
 os materiais chamados diamagnéticos são aqueles que não possuem dipolos 
magnéticos permanentes, em virtude dos seus átomos ou íons possuírem 
camadas eletrônicas completas. Os gases nobres, como o He, Ne, Ar, Kr, Xe 
são portanto diamagnéticos, bem como os compostos como o NaCl, KBr e 
LiF, da mesma forma, por possuírem camadas completas. 
 
Susceptibilidade magnética (Xm) de alguns materiais diamagnéticos: 
 
Fonte: Padilha (2000, p. 321). 
Eles não apresentam temperatura crítica. É interessante mencionar que os 
materiais supercondutores tem comportamento diamagnético. 
b) Materiais Paramagnéticos: 
 pequenos valores positivos de X (o campo de magnetização 
desaparece quando se retira o campo aplicado). 
 Exemplos: Al, Ca, Pt, Ti. 
 
 
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Outras considerações sobre os materiais paramagnéticos: 
 o paramagnetismo consiste na tendência que os dipolos magnéticos atômicos 
(orbitais e de spin) têm de se alinharem paralelamente com um campo 
magnético externo; 
 a susceptibilidade é então positiva, mas pequena; 
 o paramagnetismo requer que os átomos possuam, individualmente, dipolos 
magnéticos permanentes; 
 os materiais paramagnéticos em campos magnéticos sofrem o mesmo tipo de 
atração e repulsão que os ímãs normais, mas quando o campo é removido o 
movimento Browniano rompe o alinhamento magnético. 
 
De acordo com a Lei de Curie, a susceptibilidade magnética varia com o 
inverso da temperatura. 
 
 Nestes materiais, átomos estão com momentos magnéticos permanentes. 
 Campo externo alinha os momentos magnéticos surgindo o efeito 
paramagnético. 
 Ocorre a competição entre o efeito de alinhamento magnético e a energia 
cinética da agitação térmica (movimento Browniano). 
 Átomos com momento magnético atômico não nulo, mas cuja orientação 
espacial é aleatoriamente distribuída. O campo magnético externo se acopla 
a estes momentos magnéticos gerando uma atração de pequena intensidade. 
 
 
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c) Materiais Ferromagneticos: 
 X é grande (>>1). O campo de magnetização mantém-se quando se 
remove o campo aplicado. 
 Exemplos: Fe, Ni e Co. 
Outras considerações sobre ferromagnetismo: 
 os materiais ferromagnéticos, assim como os paramagnéticos, ocorrem nos 
átomos que possuem momentos de dipolo magnéticos resultantes 
permanentes. O que diferencia os materiais ferromagnéticos dos 
paramagnéticos é que nos primeiros existe uma forte interação entre 
momentos de dipolo atômicos vizinhos que os mantêm alinhados, mesmo 
quando o campo magnético externo é removido; 
 nos materiais ferromagnéticos existe forte interação entre os spins. O 
resultado é tal que um grande número de spins alinha-se numa mesma 
direção formando os domínios magnéticos; 
 frisando – a temperatura a partir da qual um material ferromagnético passa a 
ser paramagnético é denominada temperatura de Curie; 
 uma teoria para o ferromagnetismo baseada nos momentos magnéticos 
atômicos, foi proposta por Pierre Weiss. Neste modelo, cada dipolo magnético 
atômico sofre a ação de um campo magnético médio criado pelos vizinhos, 
que tende a fazer com que os vizinhos muito próximos formem um domínio de 
momentos magnéticos na mesma direção. Este campo efetivo é chamado 
campo molecular de Weiss e é proporcional à magnetização local do domínio; 
 a origem do campo molecular de Weiss é atribuída a uma energia de troca 
entre dois elétrons cuja diferença de energia eletrostática resulta de que os 
spins paralelos possuam uma energia mínima de troca; 
 em materiais magnéticos, como o ferro e o aço, os campos magnéticos dos 
elétrons se alinham formando regiões que apresentam magnetismo 
espontâneo. Essas regiões são chamadas de domínios (figura a); 
 
 
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 em uma peça não-magnetizada de um material magnético os domínios estão 
distribuídos de forma aleatória e o campo magnético total em qualquer 
direção é zero (figura b); 
 quando esse material sofre a ação de um campo magnético externo, os 
domínios que estão aproximadamente alinhados com o campo aplicado 
crescem à custa dos outros domínios (figura c). 
 
 
d) Materiais Ferrimagnéticos: 
 os íons têm dipolos magnéticos de intensidade diferente. Logo existe 
sempre um momento resultante. 
 Exemplos: ferrites, magnetites, em geral óxidos metálicos. 
 
 
 
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2.4.2 Em termos da susceptibilidade magnética 
As substâncias ferromagnéticas são fortemente atraídas pelos ímãs. Já as 
substâncias paramagnéticas e diamagnéticas são, na maioria das vezes, 
denominadas de substâncias não magnéticas, pois seus efeitos são muito pequenos 
quando sobre a influência de um campo magnético, conforme ilustra o gráfico 
abaixo: 
 
Fonte: Graça (2012, p. 13). 
 
As propriedades magnéticas dos materiais são consequência dos momentos 
magnéticos atômicos, ou seja: 
 Paramagnéticos – possuem momento magnético atômico permanente; 
 Diamagnéticos – não possuem momento magnético atômico; 
 Ferromagnéticos – fortes momentos atômicos ordenados. 
 
 
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Lembre-se que os elétrons possuem spin quantizado: s = +-1/2: 
 os elétrons possuem momento magnético e atuam como espiras de corrente 
de dimensões atômicas, com momento de dipolo μ = +- eh/4πm = 9.27e-24 
J/T; 
 os elétrons também possuem momento magnético devido ao movimento 
orbital, que também é quantizado. 
 
2.5 Histerese 
De maneira bem simples, podemos definir histerese como a tendência de 
um material ou sistema em conservar suas propriedades na ausência de um 
estímulo que as gerou. 
Quando uma substância ferromagnética é sujeita a uma magnetização 
alternada há uma perda de energia que se transforma em calor e que é, por unidade 
de volume, proporcional à área do ciclo de histerese cada vez que este é percorrido. 
 
Ferro puro aço para imãs permanentes 
 
 
 
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Diferentes processos atuam ao longo da curva de magnetização e de 
histerese, mas os principais são a movimentação de paredes e a rotação de 
domínios. A energia dissipada na magnetização do material é dada pela área da 
curva de magnetização (interior à curva de histerese), (Bo * B). 
Nas aplicações em corrente alternada a 60 Hz, o material é magnetizado e 
desmagnetizado 60 vezes por segundo. A variação do fluxo gera perdas magnéticas 
devidas principalmente à histerese e às correntes de Foucault. O valor relativo 
dessas perdas depende da composição do material. A microestrutura tem muita 
influência nas perdas de histerese enquanto que a resistividade e a espessura têm 
influência muito grande nas perdas pelas correntes parasitas (GRAÇA, 2012). 
Abaixo temos exemplos de aplicação de materiais magnéticos. 
 
 
 
 
 
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Fonte: Graça (2012, p. 33). 
Lembre-se que todos os materiais possuem propriedades magnéticas: os 
diamagnéticos (todos); os paramagnéticos e ferromagnéticos (alguns). Estas 
propriedades dependem dos momentos dedipolo magnético que todos os átomos 
possuem e o núcleo também. 
 
 
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UNIDADE 3 – CIRCUITOS MAGNÉTICOS 
 
Os circuitos magnéticos são empregados com o intuito de concentrar o efeito 
magnético em uma dada região do espaço. Em outras palavras, este circuito 
direciona o fluxo magnético para onde for desejado, sendo dotado de materiais com 
certas propriedades magnéticas e dimensões, a partir de uma variedade de seções 
e diferentes comprimentos. Cumpre salientar aqui que as características 
magnetizantes dos materiais são de natureza não linear, o que deve ser levado em 
conta nos projetos de dispositivos eletromagnéticos. A título de exemplos 
poderíamos citar a determinação da corrente elétrica requerida em um enrolamento 
para produzir uma dada densidade de fluxo no entreferro de um pequeno atuador, 
de um relé ou de um eletromagneto. 
Basicamente, todos os transformadores e máquinas elétricas usam material 
ferromagnético para direcionar e dar forma a campos magnéticos, os quais atuam 
como meio de transferência e conversão de energia (FITZGERALD et al., 2006). 
Materiais magnéticos permanentes, ou imãs, também são largamente utilizados. 
Sem esses materiais, não seriam possíveis as implementações práticas da maioria 
dos dispositivos eletromecânicos de conversão de energia. 
Ferreira (2012) explica que os conceitos de campos elétricos e magnéticos 
são muito úteis para a compreensão desses processos de conversão. Contudo, 
quando esses processos são utilizados em máquinas complexas, a grande 
quantidade de informações contidas na abordagem de campo geralmente se torna 
impossível de ser usado. Usualmente, só é possível se extrair uns poucos 
parâmetros descritivos, através dos quais as propriedades operacionais importantes 
da máquina podem ser descritas adequadamente. Em muitos casos, essa extração 
de parâmetros resulta em um circuito elétrico equivalente, em outros, resulta em um 
conjunto de equações. 
Embora Bim (2012) ressalte que tradicionalmente a análise de circuitos 
magnéticos seja realizada a partir de sua analogia com os circuitos elétricos, 
tentaremos ser sucintos, pois acreditamos que este conteúdo foi apresentado em 
 
 
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sua amplitude na graduação e mesmo porque objetivamos concentrar os estudos 
nos transformadores, motores e máquinas elétricas. 
3.1 Circuitos magnéticos lineares 
São considerados magneticamente lineares os circuitos magnéticos através 
dos quais a permeabilidade relativa é baixa. Circuitos magneticamente lineares 
podem ser obtidos quando o núcleo é de ar, ou de material não-ferromagnético, ou 
quando o entreferro for bastante grande. 
 
3.2 Circuitos magnéticos não lineares 
São considerados não lineares todos os circuitos magnéticos que utilizem 
materiais ferromagnéticos, dotados de permeabilidade magnética alta, tais como o 
ferro fundido, o aço silício, o aço fundido, a ferrite, etc. A maioria dos circuitos 
magnéticos de aplicação prática são não lineares e a permeabilidade dos materiais 
ferromagnéticos torna-se variável em função da indução ou densidade de fluxo 
magnético B no núcleo. 
 
3.3 Fator de empacotamento 
Quando um material ferromagnético é colocado na presença de um campo 
magnético variável no tempo, correntes parasitas (ou correntes de Foucault) serão 
induzidas em seu interior, provocando perdas de energia com o aquecimento do 
material. A redução deste fenômeno é obtida com o núcleo de dispositivos 
eletromagnéticos construído com chapas ou lâminas de material ferromagnético, 
isoladas entre si (por exemplo, com verniz). 
Assim, devido ao processo de empilhamento das chapas para montagem do 
núcleo, a área efetiva do material ferromagnético, Smag atravessada pelo fluxo torna-
se menor que a área geométrica, Sgeom ocupada pelo núcleo. Pode-se então definir 
um fator de empacotamento ke como sendo a relação: 
 
 
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Outra razão de natureza prática para a laminação do circuito magnético é a 
de facilitar a colocação das bobinas no dispositivo visando à construção e à 
manutenção. 
Veja abaixo um núcleo laminado. 
Núcleo laminado 
 
Fonte: Aquino (2012, p. 6). 
A tabela a seguir fornece alguns valores para o fator de empacotamento em 
função da espessura da chapa ou lâmina utilizada. 
 
 
3.4 Circuitos magnéticos com entreferros 
Alguns dispositivos eletromagnéticos, tais como instrumentos de medidas, 
motores, relés, etc., por serem constituídos de uma parte fixa e outra móvel, 
possuem um espaço de ar lg na sua estrutura magnética. Este espaçamento ou 
interstício promove o acoplamento entre as partes sob o ponto de vista magnético 
 
 
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para que o fluxo se estabeleça por um caminho fechado. A este espaço é dado o 
nome de “entreferro” (ou “air gap” em inglês). 
Estrutura magnética com entreferro 
 
Fonte: Aquino (2012, p. 8). 
Ao cruzar o entreferro, o fluxo magnético sofre um fenômeno chamado de 
espraiamento (frangeamento, espalhamento, efeito de bordas), conforme pode ser 
visto na figura abaixo. Isto faz com que a área efetiva por onde passa o fluxo se 
torne maior que a área S geométrica do entreferro (AQUINO, 2012). 
Campo magnético em um entreferro 
 
Fonte: Aquino (2012, p. 8) 
 
Seja uma área de secção reta S = a x b retangular e o entreferro de 
comprimento lg. Então, de uma forma prática, podemos calcular a área aparente ou 
efetiva do entreferro Sg através da relação: 
 
Observe-se aqui que quando o entreferro for muito reduzido, o efeito do 
espraiamento pode ser desprezado. 
 
 
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UNIDADE 4 – TRANSFORMADORES 
 
Uma das estruturas magnéticas mais comuns nas aplicações do nosso 
cotidiano é o transformador! 
A facilidade na geração, transmissão e distribuição de energia elétrica em 
corrente alternada possibilitou o seu emprego em larga escala no ambiente 
industrial. Os transformadores, os geradores síncronos e os motores de corrente 
alternada são os principais dispositivos de conversão eletromecânica, responsáveis 
por esse fato. A invenção e o desenvolvimento do transformador elétrico não só 
impulsionou a construção como também estabeleceu o predomínio dos sistemas de 
transmissão de energia elétrica em corrente alternada sobre os de corrente 
contínua, a partir do século XIX. A razão desse fato é que o transformador permitiu, 
de forma simples, robusta e eficiente a transferência de energia de um circuito para 
outro, geralmente acompanhada pela transformação de tensão e, 
consequentemente, de corrente. 
A geração de energia elétrica nas grandesusinas utiliza geradores síncronos 
que são limitados a tensões de aproximadamente 25 kV. Transmitir energia para 
grandes distâncias com esse nível de tensão levaria a perdas por efeito Joule 
elevadas; assim, utiliza-se um transformador que eleva a tensão e, 
consequentemente, diminua a corrente nas linhas: se a tensão do gerador for 
multiplicada por 10, a corrente na transmissão será dividida por 10 e, portanto, a 
perda por efeito Joule será 1/100 do valor que se obteria com a tensão original do 
gerador. No caso da distribuição, ao contrário da transmissão, a tensão tem de ser 
diminuída para atender às exigências das cargas (BIM, 2012). 
De maneira bem simplificada por Giacomin (2013) temos: 
 
A energia elétrica produzida nas usinas hidrelétricas é levada, mediante 
condutores de eletricidade, aos lugares mais adequados para o seu 
aproveitamento. Ela iluminará cidades, movimentará máquinas e motores, 
proporcionando muitas comodidades. 
 
 
 
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Para o transporte da energia até os pontos de utilização, não bastam fios e 
postes. Toda a rede de distribuição depende estreitamente dos transformadores, 
que elevam a tensão, ora a rebaixam. Nesse sobe e desce, eles resolvem não só 
um problema econômico, reduzindo os custos da transmissão a distância de 
energia, como melhoram a eficiência do processo. 
Veja o esquema abaixo: 
Geração, distribuição e consumo de energia elétrica 
 
Antes de mais nada, os geradores que produzem energia precisam alimentar 
a rede de transmissão e distribuição com um valor de tensão adequado, tendo em 
vista seu melhor rendimento. Esse valor depende das características do próprio 
gerador, enquanto a tensão que alimenta os aparelhos consumidores, por razões de 
construção e, sobretudo de segurança, tem valor baixo, nos limites de algumas 
 
 
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centenas de volts (em geral, 127 ou 220). Isso significa que a corrente, e 
principalmente a tensão fornecida, variam de acordo com as exigências. 
Nas linhas de transmissão a perda de potência por liberação de calor é 
proporcional à resistência dos condutores e ao quadrado da intensidade da corrente 
que os percorre (P = R x i2). Para diminuir a resistência dos condutores, seria 
necessário usar fios mais grossos, o que os tornaria mais pesados e o transporte 
absurdamente caro. A solução é o uso do transformador que aumenta a tensão, nas 
saídas das linhas da usina, até atingir um valor suficientemente alto para que o valor 
da corrente desça a níveis razoáveis (P = U x i). Assim, a potência transportada não 
se altera e a perda de energia por aquecimento nos cabos de transmissão estará 
dentro dos limites aceitáveis. 
Na transmissão de altas potências, tem sido necessário adotar tensões cada 
vez mais elevadas, alcançando em alguns casos a cifra de 400.000 volts. Quando a 
energia elétrica chega aos locais de consumo, outros transformadores abaixam a 
tensão até os limites requeridos pelos usuários, de acordo com suas necessidades 
(GIACOMIN, 2013). 
Relembremos brevemente que em 1820, a clássica experiência de Oersted 
mostrou que a corrente elétrica (eletricidade) produzia o deslocamento de uma 
bússola (efeito magnético). A partir dessa experiência, a questão era como obter 
eletricidade a partir do magnetismo. 
Michael Faraday, em 1831, com a descoberta do princípio da indução 
eletromagnética, mostrou que é possível, a partir de fluxo magnético variável 
(magnetismo), gerar tensões elétricas (efeito elétrico). Sua experiência consistiu em 
chavear a fonte de tensão que alimentava uma bobina enrolada em torno de um 
núcleo toroidal e verificar o surgimento de tensão elétrica entre os terminais de uma 
segunda bobina, isolada eletricamente da primeira. Outro aspecto pioneiro dessa 
descoberta foi o fato de Faraday ter usado um núcleo de ferro fechado com duas 
bobinas separadas e sem conexão elétrica, construindo assim o que se pode 
chamar de transformador primitivo, ilustrado a seguir. 
 
 
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O transformador primitivo de Faraday 
 
 
 
Em 1882, em Nova York, Thomas Edison construiu um sistema elétrico com 
o qual mostrava as vantagens de se operar uma rede elétrica com tensão constante 
e cargas ligadas em paralelo. Mas coube a três engenheiros húngaros – Max Deri, 
Otto Blathy e Karl Zipernowsky – mostrar pela primeira vez, em uma exposição 
industrial da Hungria, realizada na cidade de Budapeste, em 1885, um sistema 
comercial de energia em corrente alternada para alimentar 1.067 lâmpadas 
incandescentes ligadas em paralelo, com a tensão de 60 V. O sistema de 100 Hz 
era composto por um gerador monofásico CA acionado por uma máquina a vapor, 
por 12 transformadores de núcleo envolvente de 5 kVA e por 4 transformadores de 
7,5 kVA do tipo nuclear: transformador foi o nome dado por eles aos dispositivos que 
converteram a tensão de 1,4 kV para 60 V. 
Os transformadores construídos e colocados em operação pelos três 
pesquisadores foram os primeiros transformadores práticos com núcleo de ferro 
fechado. 
A partir de 1960, o desenvolvimento de dispositivos de estado sólido permitiu 
a conversão eficiente da corrente contínua em corrente alternada e vice-versa. 
Monitorando a tensão do lado de C.A. através do transformador e fazendo a 
retificação no lado do enrolamento secundário, a transmissão em corrente contínua 
tornou-se uma alternativa à transmissão em corrente alternada, com os atrativos de 
minimizar a necessidade de potência reativa e a redução de perdas no sistema. 
 
 
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Na usina hidrelétrica brasileira de Itaipu, o enrolamento de estator do 
gerador síncrono – conectado em estrela – gera 18 kV entre as fases, alimenta o 
lado da baixa – conectado em delta – de um banco trifásico elevador que tem o seu 
secundário em estrela e com o neutro aterrado (BIM, 2012). 
 
4.1 Transformador monofásico 
O transformador monofásico é um dispositivo elétrico que converte tensão e, 
consequentemente, corrente, através de dois enrolamentos montados em um núcleo 
magnético fechado, como mostrado nas figuras (a) e (c) abaixo. 
Transformadores monofásicos 
 
Fonte: Bim (2012, p. 67). 
O enrolamento das bobinas que recebem energia da fonte elétrica 
monofásica é, geralmente, denominado enrolamento primário, e o enrolamento ao 
qual a carga é conectada, enrolamento secundário. Esses enrolamentos podem 
ainda ser designados de acordo com a tensão a que estão submetidos, ou seja: 
enrolamento de alta ou de baixa tensão. O transformador é dito abaixador quando a 
tensão no primário é maior do que a do secundário; no caso contrário, é denominado 
 
 
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transformador elevador. Quando os enrolamentos estão eletricamente conectados, 
como mostrado na figura (b), o dispositivo é denominado autotransformador. 
O transformador utilizado na transmissão e distribuição de energia elétrica é 
denominado transformador de potência, e, com o objetivo de diminuir as perdas-
ferro, o núcleo é montado a partir de lâminas de espessura fina; o material 
magnético utilizado apresenta laços de histerese estreitos e tem uma porcentagem 
de silício geralmente menor do que 4%. 
Outra aplicação de transformador é a de medição de tensão e de corrente; 
nesse caso ele é projetado especificamente para ter as propriedades de um 
aparelho de medição e recebe os nomes de transformador de potencial (TP) e de 
corrente (TC), respectivamente. É comum encontrar em circuitos eletrônicos os 
chamados transformadores de pulsos. 
De acordo com o arranjo entre as bobinas dos enrolamentos e o núcleo, 
existem dois tipos de transformadores: 
1. Tipo núcleo envolvente, no qual as bobinas dos enrolamentos do primário 
e secundário são envolvidas pelo núcleo, com as bobinas do primário e do 
secundário enroladas em torno da mesma coluna, como mostrado nas figuras (c) e 
(b). 
2. Tipo núcleo envolvido, no qual as colunas do núcleo são envolvidas pelas 
bobinas dos enrolamentos. 
O transformador do tipo núcleo envolvente, quando comparado com o de 
núcleo envolvido, tem a vantagem de utilizar quantidades menores de cobre e a 
desvantagem de exigir uma quantidade maior de material magnético para formar o 
núcleo. 
O número de espiras das bobinas que compõem cada um dos enrolamentos 
estabelece a relação entre as tensões internas (forças eletromotrizes) desses 
enrolamentos. 
Para o caso do transformador trifásico, cada fase tem o seu enrolamento de 
alta e de baixa tensão dispostos de forma concêntrica e com o enrolamento de baixa 
sendo sempre o mais interno; assim, evita-se o perigo da formação de arco entre o 
 
 
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núcleo e o enrolamento da alta tensão, além de facilitar o reparo dos 
transformadores, uma vez que, na maioria dos casos, são os enrolamentos de alta 
que sofrem danos físicos, como queima parcial ou total de suas bobinas. Cada uma 
das três colunas verticais acomoda os enrolamentos concêntricos de alta e de baixa 
de uma fase. Os terminais dos enrolamentos de alta podem ser conectados em 
estrela (Y) ou em delta (Δ), bem como os de baixa, resultando em um dos seguintes 
arranjos: YY, ΔΔ, YΔ e ΔY. 
Os arranjos trifásicos podem ser obtidos também pelos conhecidos bancos 
trifásicos, formado por três transformadores monofásicos independentes. Na figura 
abaixo temos representado o caso particular do primário conectado em delta e o 
secundário em estrela. 
Banco trifásico conectado em ΔY e conectado a uma linha trifásica 
 
 
 
Fonte: Bim (2012, p. 69). 
 
O transformador é projetado para funcionar com valores selecionados de 
potência, de tensão, de frequência, de corrente e de temperatura. Quando o 
transformador funciona com esses valores, mencionados como sendo os dados ou 
valores nominais, diz-se que ele funciona nas condições nominais. O fabricante 
registra esses dados em uma placa fixada na caixa do transformador e, por essa 
razão, muitas vezes utiliza-se a expressão dados de placa, em vez de valores 
nominais. 
 
 
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Definem-se, então, as seguintes grandezas nominais: 
 tensão nominal de um transformador é o valor eficaz da tensão que serve de 
base para o seu funcionamento. Geralmente, é entendida como sendo a 
tensão escolhida para alimentar a carga conectada ao enrolamento de baixa 
ou ao de alta. A especificação das tensões dos transformadores são as 
tensões nos lados de baixa e de alta; 
 corrente nominal é o valor eficaz da corrente especificado pelo projeto para 
que o limite de temperatura permitido não seja ultrapassado; 
 frequência nominal é a frequência de operação para a qual o transformador 
foi projetado; 
 potência aparente nominal de um transformador é a potência nos terminais do 
secundário, isto é, a potência que pode ser entregue à carga com tensão e 
frequência nominais, sem que se viole a sua temperatura limite. Geralmente é 
expressa em kVA. 
Os dois enrolamentos de um transformador monofásico convencional podem 
ser conectados em série. A desvantagem dessa conexão é a perda de isolamento 
elétrico entre os enrolamentos; a principal vantagem é o tamanho menor do núcleo 
do autotransformador, quando comparado com o tradicional transformador de dois 
enrolamentos, o que resulta em menores custos de fabricação, quando a relação de 
espiras exigida não se afasta muito da unidade. 
Outras vantagens são o aumento da eficiência e a melhor regulação de 
tensão. Com as mesmas correntes nos enrolamentos 1 e 2, a conexão do 
autotransformador permite o aumento da potência de saída, por causa da conexão 
elétrica desses enrolamentos. 
 
4.2 Transformações trifásicas 
A geração, a transmissão e a distribuição de energia em sistemas 
comerciais de corrente alternada utilizam circuitos trifásicos. A transferência de 
energia de um circuito trifásico para outro, acompanhada da transformação de 
tensão e de corrente, pode ser realizada por três transformadores monofásicos – os 
 
 
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chamados bancos trifásicos, mostrados anteriormente – ou por um transformador 
trifásico, no qual os enrolamentos das três fases são montados em um núcleo 
comum, como ilustrado na figura (a). O uso de transformadores trifásicos tem sido 
preferido porque têm custos menores de fabricação, pesam menos e ocupam 
espaço menor quando comparados com o banco trifásico de mesma potência. Sob o 
ponto de vista de manutenção ou mesmo de reparo de danos, o banco trifásico é 
mais vantajoso: 
 se houver a perda de um transformador do banco, a simples troca deste é a 
solução, enquanto no caso de um trifásico tem de ser providenciada a sua 
substituição integral; 
 se o banco estiver conectado em delta e ocorrer a perda de um transformador 
do banco, este continuará em funcionamento. É a chamada conexão delta 
aberto ou V/V. 
A depender das características dos circuitos de geração, transmissão e 
distribuição, as conexões trifásicas mais comuns dos enrolamentos de 
transformadores são, como já mencionado, a conexão estrela-estrela (Y-Y), a delta-
delta (ΔΔ), a estrela-delta (Y-Δ) e a delta-estrela (Δ-Y). 
 
4.3 Transformadores de múltiplos enrolamentos 
Transformadores monofásicos ou trifásicos podem ser construídos com mais 
de um enrolamento secundário. Os secundários adicionais servem para alimentar 
cargas e linhas com tensões e potências desiguais a partir de uma única fonte e, por 
essa razão, são denominados transformadores de múltiplos enrolamentos. 
Subestações possuem transformadores de três enrolamentos, sendo que o terceiro, 
denominado enrolamento terciário, é utilizado para alimentar as cargas da própria 
subestação. Transformadores de múltiplos enrolamentossão também usados em 
circuitos eletrônicos. 
Como a conexão delta permite a circulação de componentes de correntes 
magnetizantes de sequência zero em suas fases, ela se presta à eliminação das 
 
 
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harmônicas de frequência tripla e seus múltiplos do fluxo magnético e das tensões 
em transformadores. 
Outra propriedade da conexão delta é que correntes desequilibradas em 
suas fases do secundário, estabelecidas por cargas desiguais, não provocam o 
desbalanceamento das tensões trifásicas do secundário, como ocorre na conexão 
estrela sem o fio neutro. Por essas razões, transformadores são projetados com um 
enrolamento terciário conectado em delta. 
No caso do transformador de três enrolamentos, veja a ilustração abaixo que 
apresenta o seu circuito equivalente. 
Transformador de três enrolamentos 
 
 Esquema básico de uma fase Circuito equivalente por fase Y 
Fonte: Bim (2012, p. 115). 
 
 
 
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As impedâncias Z1, Z2 e Z3 são determinadas a partir dos testes de curto-
circuito e se relacionam com as impedâncias mútuas de dispersão entre os circuitos 
1,2 e 3 (a notação com subíndice duplo indica os circuitos mútuos) pelas seguintes 
relações: 
 
sendo que todas essas impedâncias são referidas ao primário. 
Os ensaios de determinação dessas impedâncias são os mesmos dos 
transformadores de dois enrolamentos, considerando, claro, a existência do 
enrolamento terciário: 
 Teste de circuito aberto. 
Aplica-se tensão nominal nos terminais do enrolamento de baixa tensão com 
os outros enrolamentos abertos. Determinam-se, assim, os parâmetros do ramo de 
excitação rc e Xm. 
 Teste de curto-circuito: 
São necessários três ensaios de curto-circuito: 
1. Aplica-se tensão no primário com o secundário curto-circuitado e o 
terciário aberto e determina-se a impedância de dispersão entre os circuitos 1 e 2: 
 
 
 
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2. Aplica-se tensão no primário com o terciário curto-circuitado e o 
secundário aberto e determina-se a impedância de dispersão entre os circuitos 1 e 
3: 
 
3. Aplica-se tensão no secundário com o terciário curto-circuitado e o 
primário aberto e determina-se a impedância de dispersão entre os circuitos 2 e 3, 
transferida para o primário, dada por: 
 
À medida que se aumenta o número de enrolamentos, eleva-se 
sobremaneira o número das impedâncias mútuas e, portanto, o número de ensaios 
de curto-circuito. Por exemplo, se o número de enrolamentos for 4, serão 
necessários 6 ensaios, e se for 5, serão exigidos 10 (BIM, 2012). 
 
 
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UNIDADE 5 – CONVERSÃO DE ENERGIA 
 
Um dispositivo eletromecânico é um conversor de energia elétrica em 
energia mecânica e vice-versa. Para ocorrer a conversão eletromecânica de energia, 
é necessário que haja armazenamento de energia. Sabemos que campos elétricos e 
magnéticos armazenam energia e que é nos campos magnéticos que se obtêm as 
maiores densidades de energia por volume, portanto, permitem projetar dispositivos 
de volumes bem menores do que aqueles baseados somente em campos elétricos. 
Esse campo de conhecimento estuda os princípios e processos de 
conversão, desenvolvendo meios para a obtenção dos modelos dos transdutores 
eletromecânicos. 
Dois motivos que levam a conversão da energia para a forma elétrica: 
facilidade de transmissão e de processamento. 
Frise-se: o armazenamento de energia elétrica pode ser feito através de 
campos elétricos ou de campos magnéticos. 
Armazenamento em campos magnéticos: 
 
 
Armazenamento em campos elétricos: 
 logo: 
Wmag / Wele = 10.000 
 
Lembremos que campo magnético é a forma usual de armazenamento 
energético para fins de Conversão de Energia (SILVA, 2013). 
 
 
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5.1 Transdutores de energia 
Um transdutor é um dispositivo que pode converter energia elétrica em 
mecânica (nesse caso ele será sempre chamado de atuador), ou vice-versa (caso 
em que é chamado de sensor). 
São vários os mecanismos físicos que permitem a conversão de energia 
elétrica em mecânica e o inverso, sendo o efeito piezoelétrico o fenômeno principal, 
que consiste na geração de uma variação no campo elétrico na presença da 
deformação (ou um esforço mecânico) de certos cristais e “eletrofricção” e 
“magnetofricção”, em que variações na dimensão de certos materiais conduzem a 
uma variação em suas propriedades elétricas (ou magnéticas). 
Na classe dos transdutores eletromagnetomecânicos, temos os transdutores 
de ferro móvel, sendo o eletroímã o exemplo mais simples e como aplicação a 
válvula solenoide que atua quando energizada, fazendo com que o êmbolo (pistão) 
se desloque num sentido que permita passagem de um fluido por um tubo. 
O relé também é um dispositivo eletromecânico de grande aplicação 
industrial. Essencialmente é uma chave eletromecânica que permite a abertura e o 
fechamento de contatos elétricos por meio de uma estrutura eletromecânica. 
Microfones, alto-falantes e todos os motores elétricos e geradores são 
dispositivos ou transdutores de bobina móvel. Um transdutor de bobina móvel pode 
agir como um motor quando uma corrente fornecida externamente, fluindo pela parte 
eletricamente condutora do transdutor, é convertida em uma força que pode causar 
o deslocamento da parte móvel do transdutor. 
 
 
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UNIDADE 6 – MÁQUINAS ELÉTRICAS 
 
As máquinas elétricas transformam a energia proveniente de uma fonte 
primária em energia elétrica. O motor elétrico é uma máquina que transforma 
energia elétrica em energia mecânica de utilização. 
Academicamente, quando falamos em máquinas elétricas estamos nos 
referindo tanto ao estudo dos geradores elétricos quanto dos motores elétricos. 
Enquanto os geradores elétricos convertem energia mecânica em elétrica, os 
motores elétricos, ao contrário, convergem energia elétrica em energia mecânica. 
Uns e outros se caracterizam por haver movimento em seu funcionamento, o qual 
pode ser rotativo ou linear. 
Os motores elétricos são divididos em dois grandes grupos, tomando-se o 
valor da tensão como base: corrente contínua e alternada. 
Abaixo temos dois esquemas que classificam os tipos de motores elétricos e 
na sequência a descrição das principais características dos motores elétricos, em 
geral. 
Classificação dosmotores elétricos 
 
Fonte: Mamede Filho (2012, p. 203). 
 
 
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Tipos de motores 
 
Fonte: Pinto (2011, p. 28). 
 
6.1 Características dos principais tipos de motores 
a) Motores de Corrente Contínua: 
São aqueles acionados através de uma fonte de corrente contínua. São 
muito utilizados nas indústrias quando se faz necessário manter o controle fino da 
velocidade num processo qualquer de fabricação. Como exemplo, pode-se citar a 
indústria de papel. 
São fabricados em três diferentes características. 
a.1) Motores em série: 
São aqueles em que a corrente de carga é utilizada também como corrente 
de excitação, isto é, as bobinas de campo são ligadas em série com as bobinas do 
induzido. Estes motores não podem operar a vazio, pois a sua velocidade tenderia a 
aumentar indefinidamente, danificando a máquina. 
 
 
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a.2) Motores em derivação: 
São aqueles em que o campo está diretamente ligado à fonte de 
alimentação e em paralelo com o induzido. Sob tensão constante, estes motores 
desenvolvem uma velocidade constante e um conjugado variável de acordo com a 
carga. 
a.3) Motores compostos: 
São aqueles em que o campo é constituído de duas bobinas, sendo uma 
ligada em série e a outra em paralelo com o induzido. 
Estes motores acumulam as vantagens do motor série e do de derivação, 
isto é, possuem um elevado conjugado de partida e velocidade aproximadamente 
constante no acionamento de cargas variáveis (MAMEDE FILHO, 2012). 
Segundo Pinto (2011), nos motores de corrente contínua – excitação 
paralela, o enrolamento dos polos nesse tipo está em paralelo com o induzido. O 
enrolamento nesses casos é constituído de fio muito fino com muitas espiras e por 
consequência tem muita resistência elétrica, pois deverá suportar toda a força 
eletromotriz gerada quando se tratar de um gerador, ou então toda a força 
eletromotriz da rede de alimentação no caso de ser um motor. 
Nestas máquinas deve-se observar as diferenças para seu funcionamento, 
quando se trata de um motor deverá ter uma resistência de partida em série com o 
conjunto, conforme a figura abaixo. Quando a máquina funciona como gerador, 
elimina-se a resistência de partida e coloca-se um reostato em série com o campo. 
 
Máquina CC, excitação contínua 
 
 
 
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Máquina CC, excitação paralela 
 
 Fonte: Pinto (2011, p. 84). 
Para o funcionamento como motor são necessários certos dispositivos de 
segurança para se evitar a perda do campo magnético no motor. 
A variação de velocidade nesses motores quando sem carga é apenas de 
+/- 10%. Por esta razão os motores shunt são considerados como motores de 
velocidade constante. 
As principais partes de um motor C.C. estão ilustradas abaixo e explicados 
na sequência: 
Vista em corte de uma máquina de corrente contínua 
 
Fonte: Pinto (2011, p. 75). 
 
 
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 Sistema de Campo ou Polos de Excitação: parte do motor que fornece o 
fluxo magnético necessário para criar o torque. Têm a finalidade de gerar o 
fluxo magnético. São constituídos de condutores enrolados sobre núcleos de 
chapas de aço laminadas cujas extremidades possuem um formato que se 
ajusta a armadura e são chamadas de sapatas polares. 
 Carcaça: é a estrutura suporte do conjunto, também tem a finalidade de 
conduzir o fluxo magnético, que é gerado pelos polos de excitação. 
 Interpolos ou Polos de Comutação: as correntes que fluem no enrolamento 
da armadura criam forças magnomotrizes cujos fluxos magnéticos tendem a 
se opor à ação do campo principal, alterando e produzindo centelhas nas 
escovas. Para evitar esta ação indesejável da armadura (conhecida como 
reação da armadura) são utilizados interpolos ou polos comutadores, que são 
bobinas de poucas espiras de fio grosso, enroladas com núcleos laminados 
estreitos dispostos entre os polos principais da máquina que são ligados em 
série com a armadura. Nas máquinas grandes há normalmente tantos 
interpolos quanto são os polos principais e nas máquinas pequenas quase 
sempre usa-se a metade. 
 Polos de Compensação: é um enrolamento distribuído na periferia da sapata 
polar e percorrido pela corrente de armadura. Sua finalidade é também 
compensar a reação de armadura, mas agora em toda a periferia do rotor, e 
não somente na região transversal. Evita o aparecimento de faíscas 
provocadas por uma diferença de potencial entre as espiras devido a 
distribuição não uniforme da indução no entreferro. 
 Armadura: parte do motor que conduz a corrente que interage com o fluxo de 
campo para criar torque. 
 Escovas: parte do circuito através do qual a corrente elétrica é alimentada 
para a armadura através da fonte de alimentação. Escovas são feitas de 
grafite ou metais preciosos. Um motor C.C. tem um ou mais pares de 
escovas. 
 Comutador: é a parte que está em contato com as escovas. A corrente é 
distribuída apropriadamente nas bobinas da armadura por meio das escovas 
 
 
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e comutador. É o conversor mecânico que transfere a energia ao enrolamento 
do rotor e é constituído de lâminas de cobre isoladas uma das outras por 
meio de lâminas de mica (PINTO, 2011). 
b) Motores de Corrente Alternada: 
São aqueles acionados através de uma fonte de corrente alternada e 
utilizados na maioria das aplicações industriais. 
Há vários tipos de motores elétricos empregados em instalações industriais. 
No entanto, por sua maior aplicação nesta área, devido à simplicidade de 
construção, vida útil longa, custo reduzido de compra e manutenção, vamos tratar 
mais especificamente dos motores elétricos assíncronos de indução. 
b.1) Motores trifásicos: 
São aqueles alimentados por um sistema trifásico a três fios, em que as 
tensões estão defasadas de 120º elétricos. Representam a grande maioria dos 
motores empregados nas instalações industriais. 
Mais adiante falaremos desses motores em detalhes. 
b.2)Motores síncronos: 
Os motores síncronos, comparativamente aos motores de indução e de rotor 
bobinado, são de pequena utilização em instalações industriais. 
Os motores síncronos funcionam através da aplicação de uma tensão 
alternada nos terminais do estator, excitando o campo rotórico por meio de uma 
fonte de corrente contínua que pode ser diretamente obtida de uma rede de CC, de 
um conjunto retificador, de uma excitatriz diretamente acoplada no eixo do motor, 
comumente chamada de dínamo, ou de um grupo motor-gerador. A excitação do 
campo é feita geralmente através de anéis coletores acoplados ao eixo do motor. 
b.3) Motoresmonofásicos de indução: 
Os motores monofásicos são, relativamente aos motores trifásicos, de 
pequeno uso em instalações industriais. São construídos normalmente para 
pequenas potências (até 15 cv, em geral). 
 
 
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Os motores monofásicos são providos de um segundo enrolamento 
colocado no estator e defasado de 90° elétricos do enrolamento principal, e que tem 
a finalidade de tornar rotativo o campo estatórico monofásico. Isto é o que permite a 
partida do motor monofásico. 
O torque de partida é produzido pelo defasamento de 90° entre as correntes 
do circuito principal e do circuito 
de partida. Para obter esta 
defasagem, liga-se ao circuito 
de partida um condensador, de 
acordo com o esquema ao lado: 
 
Tipo força centrífuga 
 
 
O campo rotativo assim produzido orienta o sentido de rotação do motor. 
A fim de que o circuito de partida não fique ligado desnecessariamente após 
o acionamento do motor, um dispositivo automático desliga o enrolamento de 
partida, passando o motor a funcionar normalmente em regime monofásico. Esse 
dispositivo pode ser acionado por um sistema de força centrífuga. 
A bobina que liga o circuito de partida é desenergizada pelo decréscimo do 
valor da corrente no circuito principal após o motor entrar em regime normal de 
funcionamento. 
A ilustração a seguir fornece o detalhe de ligação desse dispositivo 
automático. O condensador de partida é do tipo eletrolítico que tem a característica 
de funcionar somente quando solicitado por tensões ou polaridade estabelecida. É 
montado, normalmente, sobre a carcaça do estator através de um suporte que 
também tem a finalidade de protegê-lo mecanicamente. 
 
 
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Tipo decréscimo da corrente 
 
Os motores monofásicos podem ser do tipo indução ou síncrono, cujas 
características básicas são idênticas às que foram estabelecidas para os motores 
trifásicos correspondentes. 
Na tabela abaixo temos as características básicas dos motores elétricos 
monofásicos. 
 
Fonte: Mamede Filho (2012, p. 207). 
b.4)Motores tipo universal: 
São aqueles capazes de operar tanto em corrente contínua como em 
corrente alternada. São amplamente utilizados em aparelhos eletrodomésticos, tais 
como enceradeiras, liquidificadores, batedeiras, etc. São constituídos de uma bobina 
de campo em série com a bobina da armadura, e de uma bobina de compensação 
 
 
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que pode estar ligada em série ou em paralelo com a bobina de campo, cuja 
compensação é denominada respectivamente de condutiva ou indutiva (MAMEDE 
FILHO, 2012). 
Segundo Pinto (2011), essas condições de operar em CC e CA, 
apresentando aproximadamente a mesma velocidade e resposta devem ser 
encontradas quando tensão contínua e tensão alternada são aproximadamente 
iguais em valores eficazes e médios e a frequência da tensão alternada não 
ultrapassar 60 ciclos por segundo. 
A operação em corrente contínua é idêntica ao de um motor CC série. O 
princípio de desenvolvimento de torque pode ser obtido referindo-se à figura abaixo 
onde mostra um motor série de dois polos. 
Motor em série de dois polos 
 
 
 
O motor também irá funcionar se uma corrente alternada é aplicada. A 
corrente no circuito da armadura inverte 120 vezes por segundo (para 60 ciclos), 
mas a excitação de campo e o fluxo do estator também invertem 120 vezes por 
segundo, e estas reversões acontecem em fase com a corrente de armadura. Em 
corrente alternada, o torque varia instantaneamente 120 vezes por segundo, mas o 
torque desenvolvido é sempre unidirecional. 
Contudo, segundo Pinto (2011), há alguns efeitos presentes na operação AC 
que não estão presentes na CC, a saber: 
 
 
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a) Construção de estator laminado – devido ao fato de que o fluxo do estator 
é alternado, é necessário usar uma estrutura laminada para reduzir as perdas 
histeréticas. 
b) Tensão reativa – em um circuito CC, a corrente é limitada pela resistência. 
Em um circuito AC, a corrente é limitada pela impedância e não somente pela 
resistência ôhmica. A impedância é composta de duas componentes, resistência e 
reatância. A reatância está presente no circuito AC quando um circuito magnético é 
criado pelo fluxo de corrente no circuito elétrico. Esta tensão de reatância, o qual 
está presente durante a operação AC, mas não durante a CC, absorve uma 
quantidade de tensão de linha, reduzindo a tensão aplicada à armadura, de modo 
que a velocidade do motor, para uma dada corrente, tende a ser menor em AC do 
que em CC. Em outras palavras, a tensão efetiva na armadura, para uma dada 
corrente é menor na operação AC do que na CC. 
c) Efeito da saturação – a tensão reativa tende a fazer a velocidade em AC 
ser menor que em CC. Há outro efeito o qual dá uma tendência oposta. Este efeito é 
simplesmente de que uma dada raiz quadrada de valor médio de corrente alternada 
irá produzir menos fluxo alternado efetivo do que na corrente contínua de mesmo 
valor devido ao efeito de saturação do ferro. Em correntes baixas e altas 
velocidades, a tensão reativa não é tão importante. 
d) Comutação e vida útil das escovas – a comutação em corrente alternada 
é substancialmente mais fraca do que em corrente contínua e a duração é também 
menor. A principal razão para uma fraca comutação em corrente alternada é devido 
a tensão induzida nas bobinas curto-circuitadas submetendo-se a comutação pela 
ação transformadora do campo principal alternado. 
Voltando a falar dos motores trifásicos, a figura abaixo mostra os seus 
principais componentes. 
 
 
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Os motores de indução são constituídos de duas partes básicas: o estator e 
o rotor. 
O estator é formado por três elementos: 
i) Carcaça: constituída de uma estrutura de construção robusta, fabricada 
em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com superfície 
aletada e que tem como principal função suportar todas as partes fixas e móveis do 
motor. 
ii) Núcleo de chapas: constituído de chapas magnéticas adequadamente 
fixadas ao estator. 
iii) Enrolamentos: dimensionados em material condutor isolado, dispostos 
sobre o núcleo e ligados à rede de energia elétrica de alimentação. 
O rotor também é constituído de quatro elementos básicos, a saber: 
i) Eixo: responsável pela transmissão da potência mecânica gerada pelo 
motor. 
ii) Núcleo de chapas: constituído de chapas magnéticas adequadamente 
fixadas sobre o eixo. 
 
 
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iii) Barras e anéis de curto-circuito (motor de gaiola): constituído de alumínio 
injetado sobrepressão. 
iv) Enrolamentos (motor com rotor bobinado): constituídos de material 
condutor e dispostos sobre o núcleo. 
Outros componentes dos motores trifásicos: 
 Ventilador – responsável pela remoção do calor acumulado na carcaça; 
 tampa defletora – componente mecânico provido de aberturas instaladas na 
parte traseira do motor sobre o ventilador; 
 terminais – conectores metálicos que recebem os condutores de alimentação 
do motor; 
 rolamentos – componentes mecânicos sobre os quais está fixado o eixo; 
 tampa – componente metálico de fechamento lateral; 
 caixa de ligação – local onde estão fixados os terminais de ligação do motor. 
As correntes rotóricas são geradas eletromagneticamente pelo estator, único 
elemento do motor ligado à linha de alimentação (MAMEDE FILHO, 2012). 
O comportamento de um motor elétrico de indução relativo ao rotor é 
comparado ao secundário de um transformador. 
O rotor pode ser constituído de duas maneiras: rotor bobinado e rotor em 
gaiola. 
 Rotor bobinado: 
Constituído de bobinas, cujos terminais são ligados a anéis coletores fixados 
ao eixo do motor e isolados deste. 
São de emprego frequente nos projetos industriais, principalmente quando 
se necessita de controle adequado à movimentação de carga, ou se deseja acionar 
uma determinada carga através de reostato de partida. 
Estes motores são construídos com o rotor envolvido por um conjunto de 
bobinas normalmente interligadas, em configuração estrela, com os terminais 
conectados a três anéis, presos mecanicamente ao eixo do motor, porém isolados 
 
 
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eletricamente, e ligados através de escovas condutoras a uma resistência trifásica 
provida de cursor rotativo. Assim, as resistências são colocadas em série com o 
circuito do enrolamento do rotor, e a quantidade utilizada depende do número de 
estágios de partida adotado, que, por sua vez, é dimensionado em função 
exclusivamente do valor da máxima corrente admissível para acionamento da carga. 
A seguir temos dois esquemas, o primeiro da ligação dos anéis acoplados 
ao reostato de partida, com a barra de curto-circuito medianamente inserida e o 
segundo, a ligação de um motor com reostato de partida ajustado para acionamento 
em três tempos. 
 
Motor de rotor bobinado 
 
 
 
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Reostato de partida 
 
 
 
De acordo com a ilustração do reostato, pode-se observar que, quando é 
acionado o contator geral C1 ligado aos terminais 1-2-3, o motor parte sob o efeito 
das duas resistências inseridas em cada bobina rotórica. Após um certo período de 
tempo, previamente ajustado, o contator C3 curto-circuita o primeiro grupo de 
resistência do reostato, o que equivale ao segundo estágio. Decorrido outro 
determinado período de tempo, o contator C2 opera mantendo em curto-circuito o 
último grupo de resistências do reostato, o que equivale ao terceiro estágio. Nesta 
condição, o motor entra em regime normal de funcionamento. 
Os motores de anéis são particularmente empregados na frenagem elétrica, 
controlando adequadamente a movimentação de cargas verticais, em baixas 
velocidades. Para isso, usa um sistema combinado de frenagem sobressíncrona ou 
subsíncrona com inversão das fases de alimentação. Na etapa de levantamento, o 
motor é acionado com a ligação normal; e tanto a força necessária para vencer a 
carga resistente, quanto a velocidade de levantamento são ajustadas pela inserção 
ou retirada dos resistores do circuito do rotor. Para o abaixamento da carga, basta 
inverter duas fases de alimentação, e o motor comporta-se como gerador, em 
regime sobressíncrono, fornecendo energia à rede de alimentação, girando, 
portanto, no sentido contrário ao funcionamento anterior. 
 
 
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São empregados no acionamento de guindastes, correias transportadoras, 
compressores a pistão, etc. 
 Rotor em gaiola 
O rotor em gaiola é constituído de um conjunto de barras não isoladas e 
interligadas através de anéis condutores curto-circuitados e tem grande aplicação 
industrial. 
O motor de indução opera normalmente a uma velocidade constante, 
variando ligeiramente com a aplicação da carga mecânica no eixo. 
O funcionamento de um motor de indução baseia-se no princípio da 
formação de campo magnético rotativo produzido no estator pela passagem da 
corrente alternada em suas bobinas, cujo fluxo, por efeito de sua variação, se 
desloca em volta do rotor, gerando neste, correntes induzidas que tendem a se opor 
ao campo rotativo, sendo, no entanto, arrastado por este. 
O rotor em nenhuma hipótese atinge a velocidade do campo rotativo, pois, 
do contrário, não haveria geração de correntes induzidas, eliminando-se o fenômeno 
magnético rotórico responsável pelo trabalho mecânico do rotor (MAMEDE FILHO, 
2012). 
Quando o motor está girando sem a presença de carga mecânica no eixo, 
comumente chamado motor a vazio, o rotor desenvolve uma velocidade angular de 
valor praticamente igual à velocidade síncrona do campo girante do estator. 
Adicionando-se carga mecânica ao eixo, o rotor diminui a sua velocidade. A 
diferença existente entre a velocidade síncrona e a do rotor é denominada 
escorregamento, que representa a fração de rotação que perde o rotor a cada 
rotação do campo rotórico. O escorregamento, em termos percentuais, é dado pela 
Equação: 
 onde: 
Ws = velocidade síncrona 
W = velocidade angular do rotor 
 
 
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Voltando agora aos motores síncronos, é importante entender que a corrente 
absorvida pelo circuito estatório é função da corrente de excitação para uma 
determinada carga acionada pelo motor. Quando o motor está girando a vazio, a 
corrente do estator é praticamente igual à corrente de magnetização. Se for 
acoplada ao motor uma carga mecânica, a corrente absorvida pelo estator 
aumentará, estabelecendo um conjugado motor suficiente para vencer o conjugado 
resistente. 
Quando a corrente de excitação é de valor reduzido, isto é, o motor está 
subexcitado, a força eletromotriz induzida no circuito estatórico é pequena, fazendo 
com que o estator absorva da rede alimentação uma determinada potência reativa 
necessária à formação de seu campo magnético e cuja corrente está atrasada em 
relação à tensão da rede. Se a corrente de excitação for aumentada gradativamente, 
mantendo-se a grandeza da carga e, consequentemente, elevando-se o valor da 
força eletromotriz no estator, deve-se chegar num determinado instante em que a 
corrente estatórica, até então atrasada, fica em fase com a tensão da rede 
significando um fator de potência unitário.