Trabalho III Unidade

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
CENTRO DE ENGENHARIAS
BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÃNICA
ANA MARIA PAIVA DE FARIAS
ANDRESSA CLARICE DE SOUSA CÂMARA 
LARISSA MOREIRA BARBOSA
MARCOS PAULO SIMÕES BARBOSA
NELSON LUÍS DO VALE FIGUEIREDO 
MÁQUINAS ELÉTRICAS: MOTORES E GERADORES
MOSSORÓ
2016
ANA MARIA PAIVA DE FARIAS
ANDRESSA CLARICE DE SOUSA CÂMARA 
LARISSA MOREIRA BARBOSA
MARCOS PAULO SIMÕES BARBOSA
NELSON LUÍS DO VALE FIGUEIREDO 
MÁQUINAS ELÉTRICAS: MOTORES E GERADORES
Trabalho apresentado ao Profs.: Manassés Rocha e Samanta Mesquita como requisito para obtenção de nota parcial para a Unidade III do semestre 2016.2 na disciplina de Eletricidade Básica.
MOSSORÓ
2016
LISTA DE FIGURAS
	Figura 1 
	–
	Representação esquemática do motor de CC .................................….....
	06
	Figura 2
	–
	Máquina síncrona ...........................................………………………..... 
	07
	Figura 3
	–
	Componentes de um motor monofásico assíncrono ....................………... 
	08
	Figura 4
	–
	Estator e rotor do motor universal ....................………………............. 
	08
	Figura 5
Figura 6
Figura 7
Figura 8
Figura 9
Figura 10
Figura 11
Figura 12
Figura 13
Figura 14
Figura 15
Figura 16
	–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
	Ilustração de um motor de passo .......................………………………....
Vista de um corte de um gerador CC .....................................................
Rotor de uma máquina de corrente contínua ............................................. 
Diagrama esquemático do circuito de um gerador CC com excitação 
independente ............................................................................................
Diagramas esquemáticos dos circuitos de geradores CC 
auto excitados ........................................................................................
Sistema Trifásico ...................................................................................
Ligação Triângulo ..................................................................................
Ligação Estrela .......................................................................................
Gerador elementar de CA .......................................................................
Geração de um ciclo de tensão CA com um alternador de uma única 
espira .......................................................................................................
Alternador na configuração de armadura rotativa e campo 
estacionário ..............................................................................................
Alternador na configuração de armadura estacionária e campo 
Rotativo ..................................................................................................
	09
14
15
17
18
20
21
21
22
23
25
26
SUMÁRIO
	
1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
	INTRODUÇÃO ........................................................................................
MOTORES ..............................................................................................
Motores Elétricos ....................................................................................
Estrutura Básica ........................................................................................
Princípio de Funcionamento ......................................................................
Tipos .........................................................................................................
Aplicações ................................................................................................
Cálculos Básicos .......................................................................................
	04
06
06
06
09
10
11
12
	2
	GERADORES .........................................................................................
	14
	2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.5
	Geradores de Corrente Contínua (CC) ..................................................
Estrutura Básica ........................................................................................
Princípio de Funcionamento ......................................................................
Tipos .........................................................................................................
Cálculos Básicos .......................................................................................
Aplicações ................................................................................................
	14
14
16
17
17
19
	2.2
	Gerador Monofásico e Trifásico ............................................................
	20
	2.3
	Geradores de Corrente Alternada (CA) ................................................
	21
	2.3.1
	Estrutura Básica .........................................................................................
	21
	2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
	Princípio de Funcionamento .......................................................................
Cálculos Básicos .......................................................................................
Tipos de Alternadores ................................................................................
Aplicações .................................................................................................
Atualidades ................................................................................................
	22
23
24
26
27
	
	CONCLUSÃO ..........................................................................................
	28
	
	REFERÊNCIAS ......................................................................................
	29
	
	
	
INTRODUÇÃO
Motor elétrico, em poucas palavras, é um equipamento que converte energia elétricas em energia mecânica. Para isso, fundamenta-se, principalmente, no princípio do eletromagnetismo. Os geradores, por sua vez, transformam energia mecânica em energia elétrica a partir do fenômeno de indução eletromagnética. (COPEL, 2016)
Os estudos sobre eletromagnetismo, e consequentemente, os conhecimentos primordiais dos motores começaram no século XIX, com o cientista Oersted (1777-1851), com a descoberta do campo magnético. A partir disso, começou-se a relacionar a eletricidade ao magnetismo e foi formulada a primeira lei do eletromagnetismo pelo físico Ampére (1775-1836), definindo como seriam as linhas de campo circular ao redor de um fio condutor. Contudo, esta teoria só foi comprovada por Faraday (1791-1867) em 1822 a partir de um experimento que ficou conhecido como o primeiro motor elétrico. Um experimento simples, composto de duas taças com mercúrio, imãs e um fio condutor. (HEYMAN, 2016)
Dando continuidade a seus experimentos, em 1831, Faraday conseguiu observar o movimento de imã imerso num campo magnético gerado por uma bobina eletrizada, bem como, o movimento de uma bobina eletrizada quando colocada entre dois imãs fixos, dando origem ao princípio de funcionamento dos motores elétricos conhecidos até hoje. (HEYMAN, 2016) Nesse mesmo ano, Faraday, bem como Henry, também demonstraram a possibilidade de se transformar energia mecânica em elétrica baseando-se no princípio da indução magnética, iniciando, dessa forma, os estudos sobre os geradores. (COPEL, 2016)
1869 foi o ano em que um engenheiro, conhecido por Gramme, criou um motor que gerava energia elétrica a partir do movimento, ou seja, o primeiro gerador. Porém, só em 1883, o físico e engenheiro Tesla apresentou o primeiro gerador CA, fazendo uma revolução no campo da eletricidade. A ideia foi então vendida a Westinghouse, e o sistema Tesla-Westinghouse passou a ser utilizado na geração de energia elétrica para iluminação de diversos locais. (HEYMAN, 2016)
O uso destes equipamentos tornou-se algo indispensável em diversas aplicaçõesda sociedade, estando presente em atividades cotidianas. Grande parte dos equipamentos industriais, residenciais e de locais diversos possuem motores elétricos em seu interior, utilizando de princípios eletromagnéticos em seu funcionamento. Além disso, geradores são utilizados nas redes de transmissão elétrica para proteger equipamentos elétricos de residências, indústrias, hospitais etc., evitando problemas causados por inconstâncias no abastecimento elétrico.
Diante do exposto, o seguinte trabalho tem como objetivo mostrar as principais características, tipos e atualidades dos motores e geradores CC e CA. Para tanto, será realizada uma pesquisa bibliográfica em diversos livros e artigos de forma a coletar o máximo de informações pertinentes ao tema.
Dessa forma, o trabalho será dividido em duas partes. Na primeira parte será abordado o tema motores e então apresentado sua estrutura básica, cálculos básicos, parâmetros de funcionamento e princípio de funcionamento dos motores, bem como, tipos e aplicações destas máquinas elétricas, finalizando com as principais inovações encontradas na atualidade. Seguindo a mesma linha de conteúdo, na segunda parte do trabalho serão discutidos os geradores elétricos.
MOTORES
Motores Elétricos
Os motores elétricos são máquinas capazes de combinar a força de interação de campos magnéticos para agir sobre o eixo central que se movimentará gerando força e velocidade. Dessa forma, o motor elétrico é capaz de transformar a energia elétrica em energia mecânica. 
Há diversos tipos de motores elétricos, cada qual apropriado á sua tarefa. Alguns motores operam com corrente contínua, outros com corrente alternada e, ainda, motores que trabalham com esses dois tipos de correntes.
Estrutura básica
Embora existam diferenças de um motor para outro, alguns componentes são essenciais e consequentemente estão presentes em todos os tipos de motores elétricos. Bobina e rotores, por exemplo, são componentes comuns a todos eles. 
Em um motor de corrente contínua (CC) temos uma armadura ou induzido (rotor), um indutor ou campo (bobinas), uma carcaça e um conjunto de escovas. A Figura 1 ilustra a composição de um motor de CC.
Figura 1 – Representação esquemática do motor de CC 
Fonte: ELETROBRÁS (2009)
Para um motor de corrente alternada (CA), temos que sua classificação é feita sob dois grandes grupos. Isto ocorre, porque dependendo do critério usado, um motor de CA será dividido em monofásico e trifásico ou síncrono e assíncrono. Para o primeiro grupo, o critério seria a tensão elétrica fornecida pela rede de distribuição, enquanto que no segundo grupo consideraríamos se a velocidade de rotação do motor está sincronizada ou não com a frequência fornecida para fazer o motor funcionar. Entretanto, um motor monofásico ou trifásico é capaz de ser síncrono ou assíncrono, não havendo distinção entre seu principio de funcionamento ou estrutura. 
Quando é síncrona, seus componentes consistem em um estator, onde está montado um conjunto de bobinas alimentadas em CA; rotor, que também tem um conjunto de bobinas conectados a pares de anéis alimentados em CC, formando os polos e, por fim, escovas que deslizam sobre os anéis e que estão fixadas nos porta-escovas, presos no estator. A Figura 2 esquematiza cada um desses componentes.
Figura 2 – Máquina síncrona.
Fonte: ELETROBRÁS (2009)
Já o motor assíncrono e monofásico é constituído de um estator, onde estão localizadas as bobinas de campo e um rotor em gaiola de esquilo constituída pelo induzido. A Figura 3 mostra as partes componentes desse tipo de motor. 
Figura 3 – Componentes de um motor monofásico assíncrono.
Fonte: ELETROBRÁS (2009)
Um motor universal é um motor de corrente contínua com pequenas modificações, não obstante, alguns dos componentes presentes em sua estrutura estão presentes também em um motor de CC. Sendo assim, podemos encontrar um estator (carcaça), induzido (armadura) e rotor. A Figura 4 detalha alguns desses componentes. 
Figura 4 - Estator e rotor do motor universal
Fonte: ELETROBRÁS (2009)
Por fim, temos o motor de passo. Normalmente, os motores de passo possuem enrolamentos que, na sua forma mais simples, constituem-se de quatro bobinas dispostas no estator em ângulos de 90º, uma em relação à outra. Assim como mostrado na Figura 5, o motor de passo conta com um pequeno rotor, sendo este de material ferromagnético que se constitui num ímã.
Figura 5 – Ilustração de um motor de passo.
Fonte: ELETROBRÁS (2009)
Princípio de Funcionamento
Como já foi mencionado anteriormente, um motor elétrico combina a força de interação de campos magnéticos para que seja realizado trabalho. Em um motor de corrente contínua a interação entre o campo magnético fixo e o campo magnético produzido pela corrente, que circula no condutor, provoca o aparecimento de uma força. Essa força expulsa o condutor para fora do campo magnético fixo, gerando torques, que fazem o rotor girar mais e mais rapidamente. 
O motor síncrono, motor elétrico cuja velocidade de rotação é sincronizada com a freqüência da sua alimentação, possui um princípio de funcionamento semelhante à máquina de CC, uma vez que o enrolamento de campo é excitado por uma fonte CC. Entretanto, se a bobina do estator estiver ligada a uma fonte CA, a máquina funcionará como um motor síncrono e o rotor girará na velocidade síncrona, em sincronismo com o campo girante desenvolvido pelo enrolamento do estator e determinado pelo número de pólos e a freqüência da fonte.
No caso do motor assíncrono, temos um enrolamento onde deveria haver uma bobina concentrada, sendo este enrolamento responsável em gerar um campo magnético que se alterna com as alternâncias da corrente. Considerando que o rotor esteja parado, a expansão e contração do campo magnético do estator induz uma força eletromotriz devido ao fluxo magnético variável que atravessa o rotor e que dá origem a uma corrente que tende a opor-se à causa que lhe deu origem. Entretanto, o campo gerado no rotor é de polaridade oposta à do estator e não apresenta um conjugado de partida, devido ao cancelamento mútuo dela. Em outras palavras, a oposição dos campos exerce um conjugado nas partes superior e inferior do rotor, o que proporcionaria um giro de 180º de sua posição original. Portanto, o rotor continua parado, pois as forças são exercidas pelo centro do rotor e em sentidos contrários. Considerando isso, é necessário que o rotor esteja girando para que a diferença entre as fases seja menor que 180º. Enrolamentos auxiliares e o emprego de um capacitor para dar origem a uma segunda fase falsa são dois métodos auxiliares normalmente empregados para resolver esse problema. 
O motor universal tem basicamente o mesmo princípio de funcionamento de um motor em série de corrente alternada, isto é, quando alimentado por corrente alternada, a variação do sentido da corrente provoca variação no campo, tanto do rotor quanto do estator. Como consequência, o conjugado continua a girar no mesmo sentido inicial, não havendo inversão do sentido da rotação.
Por fim, temo o motor de passo, que pode funcionar de diversas formas dependendo das variações de seus componentes. O motor de passo mais amplamente utilizado é o motor de imã permanente. Possui rotor composto por material alnico ou ferrítico, sem dentes, magnetizado radialmente, proporcionando um torque estático não nulo. Se as quatro fases forem energizadas em sequência, o rotor girará, pois será atraído aos pólos magnéticos. Por exemplo, um motor de passo simples com enrolamentos ABCD dará passo de 90° quando seus enrolamentos forem energizados. 
Tipos 
Há quatro grupos de motores elétricos, cada qual com princípio de funcionamento e aplicação distintos. Os motores podem ser de corrente contínua (motor de CC), de corrente alternada (motor de CA), motor universal e motor de passo. 
O motor de corrente contínua é aquele que opera somente quando alimentado por uma fonte de corrente contínua. Costuma ser o tipo de motor que custa mais caro,funcionando com velocidade ajustável em parâmetros de grandes intervalos. 
Já o motor que necessita de uma fonte de corrente alternada para funcionar é chamado de motor de corrente alternada. São menos complexos que os motores de corrente contínua e a falta de contatos móveis em sua estrutura resulta em um funcionamento por um grande período, sem a necessidade de manutenção. 
O motor universal é um pequeno motor elétrico voltado para o uso em aparelhos domésticos ou portáteis. Devido a sua finalidade, deve estar adaptado para que funcione com qualquer tipo de tensão. 
Por fim, temos o motor de passo, usado em atividades que exigem grande precisão. Isso só é possível porque este tipo de motor permite controlar sua rotação em pequenos ângulos. 
Motor de CA e motor de CC são dois grandes grupos, abrangendo diversos outros tipos de motores, os tornando os tipos mais comuns. 
Aplicações
A aplicação de motores, em geral, exige a comparação de diversas características do ambiente e do equipamento para que atendam as solicitações as quais é empregado. Algumas vezes, para vários tipos de motores podem satisfazer corretamente as necessidades daquela aplicação, e o uso de um tipo, não exclui, necessariamente, o uso de outros tipos. Para escolher um equipamento para dada aplicação, podem ser calculados diversos parâmetros, que serão abordados no próximo tópico, que resultam em máquinas dimensionadas de maneira mais econômica. (WEG, 2016)
Os motores CA de indução de gaiola ou de anel, de baixa e alta tensão, encontram vasto campo de aplicação, sendo a seleção do motor adequado, com respeito ao tipo, conjugado, fator de potência, rendimento, elevação de temperatura, isolação, tensão e grau de proteção mecânica, somente pode ser feita, após uma análise cuidadosa, considerando parâmetros como: custo inicial, capacidade de rede, necessidade da correção do fator de potência, conjugados requeridos, efeito da inércia da carga, necessidade ou não de regulação de velocidade, exposição da máquina em ambientes úmidos, poluídos e/ou agressivos. (WEG, 2016)
Os motores de corrente alternada podem, ainda, ser utilizados em bombas, compressores, exaustores, ventiladores e máquinas operatrizes, por exemplo. Quanto aos motores de passo, eles têm aplicações restritas a situações em que se necessita de posicionamento preciso, como em impressoras, robôs e uma vasta gama de aplicações em sistemas de automação.
Devido a sua versatilidade nas aplicações, os motores de corrente contínua possui uma grande parcela do mercado de motores elétricos, destacando-se: máquinas operatrizes, em geral, bombas a pistão, torques de fricção, ferramentas de avanço, tornos, bobinadeiras, mandrilhadoras, máquinas de moagem, máquinas têxteis, guinchos e guindastes, pórticos, veículos de tração, prensas, máquinas de papel, tesouras rotativas, indústria química e petroquímica, indústrias siderúrgicas, fornos, exaustores, separadores e esteiras para indústria cimenteira.
Cálculos Básicos
Motores CC
Para motores que operam em corrente contínua se faz necessário calcular a potência nominal em regime contínuo, que é dada pela seguinte equação:
onde, é a rotação do motor e , o conjugado eletromagnético nominal, ou seja, o torque realizado pelo equipamento.
A velocidade do motor pode ser obtida através da seguinte equação:
onde,são respectivamente a tensão, resistência e corrente da armadura, é o fluxo no entreferro e , uma constante relacionada ao tamanho do rotor.
A eficiência de um motor CC pode ser calculada utilizando-se a seguinte analogia:
Perdas rotacionais = Potência elétrica de entrada – Perdas elétricas
onde as perdas elétricas se referem as perdas no circuito do campo e as perdas combinadas no circuito da armadura.
Motores CA
Quanto aos motores de corrente alternada, pode-se calcular o número de rotações síncrona do motor, ou seja, a velocidade com que o equipamento é susceptível a girar dado o seu número de polos (p) e a sua frequência. 
Em motores assíncronos ou de indução, necessita-se fazer uma correção no valor da rotação pois eles funcionam com uma velocidade menor que a síncrona, fazendo com que ocorra um deslizamento ou defasagem em relação à rotação síncrona. Esse deslizamento ou escorregamento (S) pode ser dado da seguinte forma:
A frequência do rotor pode ser calculada da seguinte maneira:
onde, S é o escorregamento e , a frequência do estator.
A velocidade nominal do rotor, funcionando a frequência, potência e tensão nominais é dada em função do escorregamento e da velocidade síncrona.
Por fim, a potência nominal do motor pode ser obtida da seguinte forma:
Onde:
 é a tensão de linha da rede de alimentação;
 é a corrente solicitada da rede de alimentação;
 é o fator de potência do motor; e
 é o rendimento do motor.
 GERADORES
O gerador elétrico é um dispositivo que realiza a transformação da energia mecânica em energia elétrica, atualmente são usados para fornecer grande parte da energia elétrica usada no momento. Estes geradores dependem da interação de campos magnéticos e condutores percorridos por corrente elétrica. 
Geradores de Corrente Contínua (CC)
Estrutura Básica
Os principais elementos de um gerador elétrico de corrente contínua são: rotor (armadura), anel comutador, estator (parte fixa) e escovas.
Figura 6 - Vista de um corte de um gerador CC
Fonte: http://www.oficinaecia.com.br/bibliadocarro/imagens/a247.jpg
- Rotor
Elemento girante, posto sobre o eixo da máquina, produzido em material ferromagnético que está envolvido em enrolamento de armadura e o anel comutador. O rotor realiza o giro devido à uma força mecânica externa. O rotor libera corrente para o circuito externo, isto ocorre devido a tensão gerada na armadura que está ligada ao circuito externo. Este enrolamento é responsável pelo transporte da energia proveniente da fonte de energia, além de suportar altas corrente comparadas ao enrolamento de campo (Bitencourt, 2010). 
O rotor se divide em: núcleo magnético, que é constituído por várias chapas de aço magnético laminadas, com ranhuras axiais para alocar o enrolamento da armadura; enrolamento da armadura, que é composto por espiras em series ligadas ao comutador, o giro da armadura induz a tensão neste enrolamento; o comutador, que é constituído por laminas de cobre isoladas umas das outras por meio de lâminas de mica, que possui a função de transformar a tensão alternada induzida numa tensão contínua; e o eixo é o elemento que transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor a carga que está acoplada (Bitencourt, 2010). 
Figura 7 - Rotor de uma máquina de corrente contínua
Fonte: http://homepages.which.net/~paul.hills/Motors/Starters/Rotor.jpg
-Anel comutador
Tem a função de realizar a inversão adequada do sentido das correntes que circulam no enrolamento do rotor, possui um anel de material condutor sendo segmentado por um material isolante fechando assim o circuito de cada bobina do enrolamento e as escovas no momento certo. O anel é montado junto ao eixo da máquina que gira em conjunto com o mesmo, este movimento produz a comutação entre os circuitos dos enrolamentos (Bitencourt, 2010).
- Estator
É o elemento estático que é montado em volta do rotor, sem interferir o giro interno do mesmo, é constituído de material ferromagnético, envolto no enrolamento de campo que possui a função de gerar um campo magnético fixo que interage com o campo do rotor, com fonte de corrente de campo separada (excitador) ou proveniente do próprio rotor (Bitencourt, 2010). 
- Escovas
São conectores de grafita fixos, instalado sobre as molas, permitindo que eles deslizem sobre o comutador no eixo do rotor, logo servem de contato entre os enrolamentos da armadura e a carga externa (Bitencourt, 2010).
Princípio de Funcionamento
No gerador de corrente contínua, a energia mecânica é suprida pela aplicação de um torque e da rotação do eixo da máquina. A fonte de energia mecânica desenvolve um papel de gerar o movimento relativoentre os condutores elétricos dos enrolamentos de armadura e o campo magnético produzido pelo enrolamento de campo, fazendo com que haja uma variação temporal da intensidade do mesmo, e com a lei de Faraday induzir uma tensão entre os terminais do condutor (Bitencourt, 2010).
A lei de Faraday- Lenz diz que a força eletromotriz induzida num circuito elétrico é a variação do fluxo magnético conectado ao circuito. O campo magnético constante não dá origem a indução, por isso, é necessário que o magneto ou solenoide movam-se consumindo energia mecânica. Lenz contribuiu demonstrando a direção da força eletromotriz, onde assegura que o sentido da corrente é oposto da variação do campo magnético que a gera.
Se o campo magnético conectado ao circuito está diminuindo, o campo gerado pela corrente induzida tem a mesma direção original, mas o contrário estando aumentando o campo magnético gerado ira em direção oposto. Logo, a energia mecânica armazenada no campo magnético da máquina é transmitida para alimentar uma carga que esteja conectada (Bitencourt, 2010).
Tipos
Os geradores são classificados de acordo com o tipo de excitação de campo utilizada. Quando o campo do gerador é necessário ser excitado por uma fonte CC independente, é chamado de gerador de excitação independente (Fig. 8), já quando o gerador possui sua própria excitação, é chamado de gerador auto-excitado. Se o campo estiver em paralelo com a armadura, é um gerador shunt ou em derivação (Fig. 9a); se o campo estiver em série com a armadura, é gerador série (Fig. 9b); e se sorem os dois campos, em derivação e série, é chamado gerador composto. Os geradores compostos se dividem em derivação curta, onde o campo-shunt em paralelo somente com a armadura (Fig. 9c); ou em derivação longa, com o campo-shunt em paralelo com a armadura e com o campo-série (Fig. 9d) (Villar, 2006).
Figura 8- Diagrama esquemático do circuito de um gerador CC com excitação independente
Fonte: VILLAR (2006)
Cálculos Básicos
As relações entre tensão e corrente em um circuito equivalente de um gerador CC são, de acordo com a lei de Ohm e as leis de Kirchhoff:
onde: Vta → tensão nos terminais da armadura, V. 
Vg→ tensão gerada na armadura ou força eletromotriz fem, V.
Vt → tensão nos terminais do gerador, V. 
ra → resistência do circuito da armadura (incluindo a resistência de contato nas escovas), Ω. 
rs → resistência do campo em série, Ω. 
rf→ resistência do campo em derivação, Ω. 
Ia → corrente da armadura, A. 
Is → corrente do campo em série (Is=Ia ou Is=IL), A. 
If → corrente do campo em derivação, A. 
IL → corrente da carga (ou corrente na linha), A.
Figura 9- Diagramas esquemáticos dos circuitos de geradores CC auto-excitados
Fonte: VILLAR (2006)
A tensão média Vg gerada por um gerador pode ser calculada por:
onde: Vg → tensão média gerada por um gerador CC, V.
p → número de pólos.
Z → número total de condutores da armadura.
φ → fluxo por pólo, Wb.
n → velocidade da armadura (ou rotor), rpm.
b → número de caminhos paralelos através da armadura, dependendo do tipo de enrolamento da armadura.
Aplicações
-Concessionárias de energia:
Atuando como mecanismo de ajuda e de fornecimento de energia em casos que necessitam de rápida recuperação, tal como quando de emergências no desempenho de sistemas elétricos.
– Agroindústria:
Os geradores elétricos atuam como forma mais barata e, também, mais eficiente, se comparados com a energia proveniente de concessionárias.
– Entretenimento:
Seja em estádios de futebol, shopping centers, pavilhões de exposições, entre outros, os geradores elétricos se apresentam como alternativa segura para fornecimento de energia em situações em que não podem ocorrer falhas.
– Construção:
Nas diversas áreas da construção, a falta de energia significa atrasos e paralisações no andamento das obras, e, consequentemente, prejuízos financeiros. Assim, geradores elétricos se apresentam como a melhor e mais segura solução para obtenção de energia temporária.
– Indústria e comércio:
Nesse setor, as tradicionais “paradas programadas” para manutenção da rede elétrica são práticas habituais. Assim, o suprimento de energia no decorrer desses processos é de vital importância.
Gerador Monofásico e Trifásico
Qualquer gerador de tensão gera uma diferença de potencial elétrico.
Ele cria numa bobina qualquer uma corrente elétrica, ou seja, um acúmulo de elétrons, que só vai fluir pelo fio se tiver para onde ir. 
No caso do gerador monofásico isso tudo é resolvido numa única bobina do gerador. A corrente é acelerada pelo rotor e volta para a mesma bobina pelo outro lado ou terminal dela. A fase nada mais é que a variação dessa tensão gerada em função do tempo e de seu valor absoluto.
O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos de tensões, tais que a defasagem entre elas seja de 120° (Figura 10). O enrolamento desse tipo de gerador é constituído por três conjuntos de bobinas dispostas simetricamente no espaço, formando entre si também um ângulo de 120°. Para que o sistema seja equilibrado o número de espiras de cada bobina também deverá ser igual.
Figura 10 – Sistema Trifásico
Fonte: SILVA (2012)
A ligação dos três sistemas monofásicos para se obter o sistema trifásico é feita usualmente de duas maneiras, representadas nos esquemas seguintes.
Ligação Triângulo
Se ligarmos os três sistemas monofásicos entre si, como indica a figura 11, podemos eliminar três fios, deixando apenas um em cada ponto de ligação. 
Figura 11 – Ligação Triângulo
Fonte: SILVA (2012)
Ligação Estrela
Ligando um dos fios de cada sistema monofásico a um ponto comum aos três, os três fios restantes formam um sistema trifásico em estrela (Figura 12).
Figura 12 – Ligação Estrela
Fonte: SLVA (2012)
Gerador de Corrente Alternada (CA)
	Estrutura Básica
O gerador de CA é o meio mais importante para a produção da energia elétrica usado atualmente. A tensão CA é usada na maioria das aplicações, devido à facilidade com que o seu valor pode ser modificado com o auxílio de transformadores. 
O tamanho dos geradores CA, ou alternadores, depende muito da energia que eles devem fornecer. Entretanto, independentemente do tamanho, todos os geradores, sejam de CC ou de CA, dependem para seu funcionamento da ação de um condutor (ou bobina) cortando um campo magnético. 
Desde que haja movimento relativo entre um condutor e um campo magnético, será gerada uma tensão. Para que exista essa condição todos os geradores são formados por duas partes mecânicas: um rotor (parte móvel – rotativa) e um estator (parte fixa – estática).
Princípio de Funcionamento
	Os geradores elementares de CA (Figura 13) e de CC têm o mesmo princípio de funcionamento, diferenciando-se apenas na forma como coletam a tensão induzida na armadura (que é sempre alternada).
Figura 13 – Gerador elementar de CA
Fonte: PADILHA (2010)
Nos geradores de CC, a saída do gerador é proporcional à intensidade do campo e à velocidade com que as bobinas e o campo interagem. Como os geradores de CA trabalham normalmente com velocidade constante para manter a freqüência constante, o controle da tensão de saída é realizado por meio da variação da intensidade do campo. Enquanto no gerador de CC (dínamo) a parte rotativa é sempre a armadura em um gerador de CA (alternadores) isto não é o comum. Nos geradores CA o enrolamento da armadura – que é o enrolamento onde a tensão elétrica vai ser induzida – pode estar posicionado tanto no rotor quanto no estator, sendo a configuração mais comum a de armadura estacionária e campo rotativo.
Um gerador elementar consiste de uma espira de fio disposta de tal modo que pode ser girada em um campo magnético uniforme. Este movimento causa a indução de uma tensão na espira. Para ligar a espira (fonte) a um circuito externo (carga) que aproveite a fem induzida, são usados contatos deslizantes. Os pólos norte e sul do ímã que proporcionao campo magnético são as peças polares. A espira de fio que gira dentro do campo é chamada de armadura. As extremidades da espira são ligadas a anéis, chamados anéis coletores, que giram com a armadura. Escovas fazem contato com os anéis coletores e ligam a armadura ao circuito externo. 
A figura 14 mostra o princípio de funcionamento do gerador onde a espira gira dentro do campo magnético. À medida que os lados da espira cortam as linhas de força do campo, há produção de uma fem induzida que provoca a circulação de corrente através da espira, anéis coletores, escovas, amperímetro de zero central e resistor de carga. O valor da fem induzida que é gerada na espira e, portanto, da corrente produzida, depende da posição instantânea da espira em relação às linhas de fluxo do campo magnético.
Figura 14 – Geração de um ciclo de tensão CA com um alternador de uma única espira
	
Fonte: SILVA (2012)
Cálculos Básicos
Frequência
No gerador CA a saída é alternada e, portanto, há uma frequência que depende da velocidade e do número de polos do gerador.
Regulação
Á medida que drenamos corrente de um gerador, sua tensão tende a cair, ou seja, existe uma tensão quando o gerador estiver em vazio e uma menor quando ele estiver com plena carga. A diferença entre a tensão sem carga e a tensão com carga expressa em porcentagem é chamada de regulação.
Rendimento
Os geradores de corrente alternada apresentam perdas como qualquer máquina elétrica, ou seja, a potência de saída nunca será igual à potência de entrada, devido às perdas elétricas e mecânicas.
Tipos de Alternadores
Armadura rotativa e campo estacionário
Um alternador simples é formador por: (1) um campo magnético forte e constante; (2) condutores que giram através do campo magnético; e (3) alguma forma de se manter uma ligação contínua dos condutores à medida que eles giram. 
A armadura, ou rotor, gira dentro do campo magnético. Para uma única espira em volta do rotor, cada extremidade é ligada a anéis coletores separados, isolados do eixo. Cada vez que o rotor gira e se completa uma rotação, processa-se um ciclo completo de corrente alternada (no caso de 2 pólos). Na prática, um alternador contém várias centenas de espiras enroladas nas fendas (ranhuras) do rotor. Duas escovas são pressionadas através de molas contra os anéis coletores de modo a manter uma ligação contínua entre a corrente alternada induzida no rotor (bobina da armadura) e o circuito externo (carga). 
Um pequeno gerador CA, baixas potências, geralmente é de armadura rotativa e campo estacionário (Figura 15). Uma desvantagem desta configuração é que os contatos entre os anéis coletores e as escovas estão em série com a carga, ou seja, a corrente da carga passa pelas escovas. Se essas partes se desgastarem ou ficarem sujas, o fluxo de corrente pode ser interrompido.
Figura 15 – Alternador na configuração de armadura rotativa e campo estacionário
Fonte: PINHEIRO (2007)
Armadura estacionária e campo rotativo
Se a excitação do campo for ligada ao rotor, as espiras do estator terão uma corrente alternada induzida passando por elas. Pode-se ligar uma carga através dessas bobinas da armadura estacionária sem ser necessário nenhum contato móvel no circuito (anel coletor e escova). A corrente de excitação é fornecida ao campo rotativo através dos anéis coletores e das escovas. Uma outra vantagem do gerador CA de armadura estacionária e campo rotativo está na grande facilidade de se isolar as bobinas do estator, comparada com a isolação das bobinas do rotor. Como são frequentemente geradas tensões altas, da ordem de 18.000 a 20.000 V, esta alta tensão não precisa ser trazida até os anéis de contato e as escovas, mas pode ser levada diretamente para a carga através de condutores isolados a partir da armadura estacionária. Outro fator importante é a maior facilidade na troca de calor entre o enrolamento da armadura (no estator) e o ar ambiente, uma vez que se a armadura estiver posicionada no rotor a dissipação de calor será bem mais difícil.
Nos geradores CA de armadura estacionária e campo rotativo (Figura 16) a tensão gerada é retirada diretamente do enrolamento de armadura (neste caso o estator) sem passar pelas escovas. A potência de excitação destes geradores normalmente é inferior a 5% da potência nominal. Por este motivo, o tipo de gerador CA mais utilizado é o de armadura estacionária e campo rotativo.
Figura 16 - Alternador na configuração de armadura estacionária e campo rotativo
Fonte: PINHEIRO (2007)
Aplicações
Concessionárias de energia:
Atuando como mecanismo de ajuda e de fornecimento de energia em casos que necessitam de rápida recuperação, tal como quando de emergências no desempenho de sistemas elétricos.
Agroindústria:
Os geradores elétricos atuam como forma mais barata e, também, mais eficiente, se comparados com a energia proveniente de concessionárias.
Entretenimento:
Seja em estádios de futebol, shopping centers, pavilhões de exposições, entre outros, os geradores elétricos se apresentam como alternativa segura para fornecimento de energia em situações em que não podem ocorrer falhas.
Construção:
Nas diversas áreas da construção, a falta de energia significa atrasos e paralisações no andamento das obras, e, consequentemente, prejuízos financeiros. Assim, geradores elétricos se apresentam como a melhor e mais segura solução para obtenção de energia temporária.
Indústria e comércio:
Nesse setor, as tradicionais “paradas programadas” para manutenção da rede elétrica são práticas habituais. Assim, o suprimento de energia no decorrer desses processos é de vital importância.
Atualidades
Inversores Rotativos em Aeronaves
Um inversor rotativo típico é composto de um motor CC que aciona um gerador CA. Os rotores do motor e o alternador são montados sobre o mesmo eixo e giram como se fossem uma só unidade. Normalmente, uma ventoinha de arrefecimento é montada sobre o eixo para fornecer arrefecimento do ar.
Devido ao peso excessivo e altos requisitos de manutenção dos inversores rotativos, eles foram substituídos por inversores estáticos em quase todas as aeronaves.
Inversores Estáticos em Aeronaves
Um inversor estático é um conversor de energia elétrica que transforma corrente contínua em corrente alternada usando circuitos de estado solido, transformadores, transistores de comutação e circuitos de controle. Os inversores estáticos modernos não têm peças móveis e são utilizados em uma ampla variedade de aplicações, desde a comutação de pequenas fontes de energia em computadores a grandes sistemas elétricos; os inversores normalmente são utilizados para fornecer energia CA de circuitos CC, como painéis solares ou baterias. 
Devido à miniaturização dos componentes eletrônicos, os inversores estáticos se tornaram relativamente leves e pequenos. Isso possibilitou que os pequenos aviões monomotores empregassem um sistema elétrico CA.
CONCLUSÃO
Motores elétricos são imprescindíveis nos dias atuais visto que garantem o funcionamento de diversos equipamentos necessários ao cotidiano das pessoas, como liquidificadores, refrigeradores, fornos micro-ondas, aparelhos de som, bem como máquinas utilizadas nas indústrias e equipamentos hospitalares necessários a sobrevivência de pessoas, como respiradores, máquinas de hemodiálise e tomografia. Geradores, por sua vez, atuam em outra vertente garantindo a continuidade do fornecimento de energia elétrica a esses equipamentos, fazendo assim que tenham as condições necessárias ao funcionamento. 
Diante da grande relevância dos motores e geradores elétricos na sociedade, um estudo detalhado de sua funcionalidade, bem como de características gerais de funcionamento, tipos de equipamentos e funcionalidades, se faz necessário para maior conhecimento de seus princípios e aplicações diversas no cotidiano da sociedade.
Foi apresentado, então, neste trabalho, a partir de uma pesquisa bibliográfica detalhada, as principais características destes equipamentos,além das equações a eles relacionadas. Destacando ainda, inovações existentes que atuam no sentido de otimizar o funcionamento de diversas máquinas a partir da redução de perdas e do aumento de sua eficiência, consequentemente, do seu rendimento e garantir o uso racional destes equipamentos tão necessários.
REFERÊNCIAS
BITENCOURT, Jorge. Gerador de Corrente Contínua. Universidade Estácio de Sá. Rio de Janeiro, jun. 2010.
COPEL (Curitiba). Gerador Elétrico. 2016. Disponível em: <http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=/hpcopel/root/pagcopel2.nsf/docs/40A0E2ABD99123CF0325740C00496689>. Acesso em: 12 nov. 2016.
DELTORO,Vincent.Fundamentosdemáquinaselétricas.Prentice-HalldoBrasil.
ELETROBRÁS. Motor Elétrico: Guia Básico. Brasília: IEL/NC, 2009. Disponível em: <http://arquivos.portaldaindustria.com.br/app/conteudo_18/2014/04/22/6281/Motor_eletrico.pdf>. Acesso em: 12 nov. 2016.
FITZGERALD,ArthurEugene;KINGSLEY,Charles;KUSKO,Alexander.Máquinaselétricas:conversãoeletromecânicadaenergia,processos,dispositivosesistemas.McGraw-Hill.
HEYMANN, Gisela. O motor Elétrico. Superinteressante, São Paulo, out. 2016. Disponível em: <http://super.abril.com.br/ciencia/o-motor-eletrico/>. Acesso em: 12 nov. 2016.
KOSOW,IrvingL.;ELÉTRICAS,Máquinas.Transformadores.Tradução:FelipeLuizRibeiroDaielloePercyAntônioPintoSoares.SãoPaulo:EditoraGlobo.
NASAR,SyedA.;NASAR,SyedA.Máquinaselétricas.McGraw-Hill,SãoPaulo,Brasil. 
PADILHA, Márcio. Características e especificações de geradores. 2010. Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-curso-dt-5-caracteristicas-e-especificacoes-de-geradores-artigo-tecnico-portugues-br.pdf>. Acesso em 14 de nov de 2016.
PINHEIRO, Hélio. Máquinas e acionamentos elétricos. 2007. Disponível em: <https://docente.ifrn.edu.br/heliopinheiro/Disciplinas/maquinas-acionamentos-eletricos/apostila-de-maquinas-de-cc>. Acesso em 13 nov de 2016.
ROSA, G. A. Motores Elétricos De Corrente Contínua: Princípios De Funcionamento. 2009. 19f. Universidade De Taubaté. 
SILVA, Clodoaldo. Geradores CA. 2012. Disponível em: <http://www.clubedaeletronica.com.br/Eletricidade/PDF/Geradores%20AC.pdf>. Acesso em 14 nov de 2016.
TECNOGERA. Quais são as principais aplicações dos geradores elétricos? Disponível em: <http://www.tecnogerageradores.com.br/blog/quais-sao-principais-aplicacoes-dos-geradores-eletricos/>. Acesso em: 10 nov. 2016.
VILLAR, Gileno José de Vasconcelos. Geradores e motores CC. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DO RN. Out. 2006.
WEG. Motores elétricos assíncronos e síncronos de média tensão: especificação, características e manutenção. Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-curso-dt-6-motores-eletricos-assincrono-de-alta-tensao-artigo-tecnico-portugues-br.pdf>. Acesso em: 10 nov. 2016.