TRABALHO - Transformador e motor

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TRANSFORMADOR
Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, transformando tensões, correntes e ou de modificar os valores da impedância elétrica de um circuito elétrico. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz.
O transformador consiste de duas ou mais bobinas ou enrolamentos e um "caminho", ou circuito magnético, que "acopla" essas bobinas. Há uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas todos operam sobre o mesmo princípio de indução eletromagnética.
Leis e Conceitos Fundamentais
1.1.1 Experiência de Oersted
	“Todo condutor percorrido por uma corrente elétrica, cria em tono de si um campo magnético”.
1.1.2 Lei de Faraday:
	“Todo condutor mergulhado em um campo magnético variável, terá em seus terminais uma força eletromotriz induzida”.
1.1.3 Lei de Lenz
	“A corrente que aparece em um circuito elétrico fechado, em função de uma f.e.m. (força eletromotriz) induzida, tem sentido tal a anular a causa que lhe deu origem”.
1.1.4 Corrente contínua
	É a corrente que passa através de um condutor ou de um circuito elétrico somente em um sentido. Uma fonte de tensão contínua pode variar o valor de sua tensão de saída, mas se a prioridade for mantida, a corrente fluirá somente em um sentido.
1.1.5 Corrente alternada
São correntes que possuem picos positivos e negativos, passando por um valor nulo num intervalo de tempo.
 1.2 Noções Sobre O Funcionamento Dos Transformadores
Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito à outro, transformando tensões, correntes e ou de modificar os valores das Impedância elétrica de um circuito elétrico. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz.
O transformador consiste de duas ou mais bobinas ou enrolamentos e um "caminho", ou circuito magnético, que "acopla" essas bobinas. Há uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas todos operam sobre o mesmo princípio de indução eletromagnética.
No caso dos transformadores de dois enrolamentos, é comum se denominá-los como enrolamento primário e secundário, existem transformadores de três enrolamentos sendo que o terceiro é chamado de terciário. Existe também um tipo de transformador denominado Autotransformador, no qual o enrolamento secundário possui uma conexão elétrica com o enrolamento do primário.
O campo magnético pode induzir uma tensão noutro indutor, se este for enrolado sobre uma mesma forma ou núcleo. Pela Lei de Faraday, a tensão induzida será proporcional à velocidade de variação do fluxo, e ao número de espiras deste indutor.
E2 = N2 df/dt
Aplicando aos dois enrolamentos, a lei permite deduzir a relação básica do transformador.
A relação de correntes é oposta à de tensões. I1/I2 = N2/N1
O índice um se refere ao indutor ao qual se aplica tensão, o primário, e dois, àquele que sofre indução, o secundário.
O transformador é um conversor de energia elétrica, de alta eficiência (podendo ultrapassar 9%), que altera tensões e correntes, e isola circuitos.
1.3. Princípio de funcionamento
Existem diversos tipos de transformadores: os monofásicos, que operam no máximo em duas fases (127V -220V ); os trifásicos (ou de potência), que funcionam em três fases (220V-380V-440V) e são aplicados na transformação de tensão e corrente, em que eleva-se a tensão e diminui-se a corrente, assim diminuindo a perda por Efeito Joule (perdas por sobreaquecimento nos enrolamentos); os autotransformadores, que tem o seu enrolamento secundário ligado eletricamente ao enrolamento primário e os de baixa potência, que são utilizados unicamente para diminuir impedâncias de circuitos eletrônicos e para casar impedâncias, a utilização deste tipo de transformador se dá a partir da acoplagem deste à entrada do primário de outro transformador.
O fenômeno da transformação é baseado no efeito da indução mútua. Veja a figura abaixo, onde temos um núcleo constituído de lâminas de aço e onde foram construídos dois enrolamentos.
 
Figura 2 - Diagrama Transformador
Onde: 
U1 = tensão aplicada na entrada (primária)
N1 = número de espiras do primário
N2 = número de espiras do secundário
U2 = tensão de saída (secundário)
Se aplicarmos uma tensão U1 alternada ao primário, circulará por este enrolamento uma corrente I1 alternada que por sua vez dará condições ao surgimento de um fluxo magnético também alternado.
A maior parte deste fluxo ficará confinado ao núcleo, uma vez que é este o caminho de menor relutância. Este fluxo originará uma força eletromotriz (f.e.m.) E1 no primário e E2 no secundário, proporcionais ao número de espiras dos respectivos enrolamentos, segundo a relação:
Onde:
a = razão de transformação ou relação entre espiras
As tensões de entrada e saída U1 e U2. Diferem muito pouco das f.e.m. induzidas E1 e E2 e para fins práticos podemos considerar:
Podemos também provar que as correntes obedecem à seguinte relação:
Ou:
Onde: 
I1 = corrente no primário
I2 = corrente no secundário
Quando a tensão do primário U1 é superior a do secundário U2, temos um transformador abaixador (step down). Caso contrário, teremos um transformador elevador de tensão (step up).
Para o transformador abaixador, a > 1 e para o elevador de tensão, a < 1.
Cabe ainda fazer notar que sendo o fluxo magnético proveniente de corrente alternada, este também será alternado, tornando-se um fenômeno reversível, ou seja, podemos aplicar uma tensão em qualquer dos enrolamentos que teremos a f.e.m. no outro.
Baseando-se neste princípio, qualquer dos enrolamentos poderá ser o primário ou secundário. Chama-se de primário o enrolamento que recebe a energia e secundário o enrolamento que alimenta a carga.
1.4. Tipos de transformadores
1.4.1 Auto-Transformador
Um auto-transformador é um transformador cujos enrolamentos primário e secundário coincidem parcialmente. Conforme se ilustra, os acessos ao primário e ao secundário são coincidentes ou com as extremidades ou com pontos intermédios do enrolamento, sendo um dos terminais do primário sempre coincidente com um dos do secundário. O auto-transformador é do tipo redutor quando o número de espiras do secundário é inferior ao do primário, e do tipo elevador no caso contrário.
Figura 1.4.1 Auto-transformador redutor (a) e elevador (b)
Em qualquer dos casos, a relação de transformação é dada pelo cociente entre o número de espiras
	
Uma das consequências da coincidência parcial entre os enrolamentos do primário e do secundário é a perda de isolamento galvânico entre as bobinas. No entanto, o auto-transformador apresenta um vasto conjunto de vantagens face aos transformadores comuns, designadamente no que respeita ao seu custo (um único enrolamento e, em certos casos, com condutores de menor secção), ao volume, à queda de tensão e ao rendimento (menores perdas nos enrolamentos). Os auto-transformadores são vulgarmente utilizados na elevação e na redução da tensão em redes de distribuição de energia eléctrica, na sintonia e adaptação entre antenas e pré-amplificadores em receptores de telecomunicações.
1.4.2 Transformadores com Múltiplos Enrolamentos
Os transformadores podem ser construídos com múltiplos enrolamentos primários ou secundários. Os enrolamentos encontram-se acoplados uns aos outros através de um núcleo magnético comum, sendo em geral todos eles sede de fluxo magnético e de força electro-motriz induzida. 
Na Figura 1.4.2 apresentam-se diversas ligações alternativas de um transformador com dois enrolamentos secundários. Por exemplo, no caso representado em (b) os enrolamentos do secundário são utilizados em circuitos isolados do ponto de vista galvânico, nos casos considerados em (c) e (d) os enrolamentos são ligados em série um com o outro, resultando, respectivamente,na adição e na subtracção das forças electro-motrizes respectivas, e, finalmente, nos casos ilustrados em (e) e (f) os enrolamentos partilham um nó de referência comum, portanto constituindo circuitos não isolados do ponto de vista galvânico.
Figura 1.4.2 Transformadores com múltiplos enrolamentos secundários
O transformador com ponto médio representado na Figura 13.12.e é vulgarmente utilizado na rectificação de sinais sinusoidais e na geração de sinais diferenciais (sinais com amplitudes idênticas mas sinais contrários). Com efeito, no caso particular em que os dois enrolamentos do secundário são idênticos, N2=N3, verifica-se que
	
No que respeita à reflexão das impedâncias dos dois secundários para o primário (v. exemplo da Figura 13.12.b), a igualdade entre as potências aparentes fornecidas pela fonte ao primário e pelos secundários às cargas respectivas
	
ou seja,
	
conduz, em conjunto com a relações V2=(N2/N1)V1 e V3=(N3/N1)V1, à expressão
	
indicativa de que do ponto de vista do primário as impedâncias são primeiramente reflectidas e seguidamente associadas em paralelo.
1.4.3 Transformadores de Medida
Os transformadores de medida destinam-se a efectuar a redução das grandezas tensão ou corrente eléctrica em redes de transporte e distribuição de energia eléctrica, designadamente para efeitos da sua medição ou detecção segura em aparelhos de reduzidas dimensões e relativa precisão. Exemplos da utilização deste tipo de transformadores são os aparelhos de medida da tensão, corrente e potência eléctrica em redes de energia, os fasímetros, os frequencímetros e os relés de protecção, os contadores de energia eléctrica, a inserção de sinais de elevada frequência nas linhas de transporte, designadamente para efeitos de comunicação entre centrais, subestações e, talvez no futuro, a telecontagem da energia consumida pelos utentes.
Os transformadores de medida podem ser de dois tipos básicos:
(i) de tensão, tendo por objectivo a redução das altas tensões presentes nas linhas e permitir o seu encaminhamento para os locais frequentados pelos operadores e a sua leitura em voltímetros comuns.
(ii) e de corrente, por razões essencialmente idênticas às anteriores
Figura 1.4.3 Transformadores de medida de tensão (a) e de corrente (b)
A utilização de transformadores de medida permite atingir três objectivos principais do processo de medição de grandezas eléctricas de elevado valor absoluto:
(i) garantir o isolamento galvânico entre a rede de alta tensão ou corrente e o circuito de medida, protegendo os operadores e permitindo que os aparelhos de medida sejam colocados em locais comuns;
(ii) evitar as interferências electromagnéticas associadas às correntes eléctricas elevadas presentes na linha; e,
(iii) efectuar as medições em escalas reduzidas, recorrendo a aparelhos comuns.
A ligação de um transformador de medida de corrente efectua-se colocando em série a linha e o enrolamento que constitui o primário do transformador. Como se ilustra na Figura 1.4.4
Figura 1.4.4 Pinça amperimétrica
um modo de evitar a interrupção da linha consiste na utilização de uma pinça amperimétrica, a qual abraça o condutor cuja corrente se pretende medir. Esta solução engenhosa e simples permite que o primário do transformador seja constituído pelo próprio fio condutor, cujas linhas de força circulares percorrem o núcleo magnético no qual se encontra enrolada a bobina do secundário (com um elevado número de espiras).
1.4.4 Transformadores de Sinal
Os transformadores de sinal são utilizados em dois tipos principais de aplicações:
(i) na transformação de resistências em aplicações audio, como é o caso da adaptação entre as resistências de saída de um amplificador audio e de entrada de um alto-falante;
(ii) e na adaptação de impedâncias em amplificadores sintonizados de frequência intermédia e rádio-frequência em receptores de telecomunicações.
Na Figura 13.15 apresenta-se um exemplo típico da utilização de um transformador de sinal em aplicações audio. O transformador implementa a adaptação entre as resistências de saída do amplificador (Rs) e de entrada do alto-falante (Raf), esta última tipicamente da ordem de algumas unidades a dezenas de ohm.
Figura 1.4.5Transformador de sinal
O projecto da relação de transformação de acordo com a relação
	=
	(13.46)
garante a máxima transferência de potência eléctrica entre o amplificador e o alto-falante.
As bobinas acopladas e os auto-transformadores são vulgarmente utilizados em aplicações de rádio frequência e frequência intermédia, visando dois objectivos principais do projecto de um amplificador sintonizado: utilizar os coeficientes de auto-indução dos enrolamentos para, em conjunto com condensadores criteriosamente dimensionados, filtrar em tipo passa-banda os sinais a processar; utilizar o coeficiente de indução mútua entre enrolamentos para efectuar transformações de impedâncias, implementando a máxima transferência de potência entre fontes de sinal (antenas, pré-amplificadores) e receptores (pré-amplificadores ou amplificadores). 
13.3.5 Transformadores de Potência
Os transformadores de potência visam essencialmente a elevação ou redução da tensão de transporte, distribuição e de consumo em redes de energia eléctrica. As vantagens da utilização de transformadores elevadores e redutores de tensão nas redes de transporte e distribuição de energia eléctrica são basicamente duas: redução das perdas por efeito de Joule, e redução da secção, do peso e do custo das linhas de transporte.
Os transformadores de potência são caracterizados por um conjunto variado de parâmetros, salientando-se entre eles a potência aparente nominal, e a tensão e a corrente nominais nos dois enrolamentos. A título de exemplo, é comum existirem nas redes de distribuição de energia eléctrica transformadores com as seguintes características: 20 kVA de potência aparente, tensões nominais de 6000 V e 230 V nos enrolamentos primário e secundário, e correntes nominais de 3.44 A e 87 A; ou então 200 kVA, 1000 V - 400 V e 11.55 A-288.7A; ou ainda 630 kVA e 20 kV - 400 V; 10 MVA e 30 kV - 6 kV; 47 MVA; 125 MVA; 300 MVA, etc.
Para além destas características, nos transformadores de potência assumem também particular relevo as questões relacionadas com as perdas por efeito de Joule nos enrolamentos e no núcleo (estas últimas associadas às correntes de Foucault) e com o rendimento, e naturalmente com os sistemas mecânicos de arrefecimento (a seco, em banho de óleo, forçado ou não, etc.).
Uma segunda classe de aplicações dos transformadores de potência é a conversão do número de fases da tensão. Por exemplo, a montagem criteriosa dos enrolamentos no núcleo permite efectuar as conversões entre redes de transporte trifásicas e de consumo monofásicas ou bifásicas, entre redes trifásicas e hexafásicas ou dodecafásicas, etc.
. 
	
1.4.1. Divisão dos transformadores quanto à finalidade:
Transformadores de corrente: consiste num anel circular ou quadrado, com núcleo de chapas de aço silício e enrolamento com poucas espiras, que se instala passando o cabo dentro do furo, este atua como o primário. A corrente é medida por um amperímetro ligado ao secundário (terminais do TC). É especificado pela relação de transformação de corrente, com a do medidor sendo padronizada em 5ª, variando apenas a escala de leitura e o número de espiras do TC.
Transformadores de potencial: é para uso específico de equipamentos de baixo valor de potência. São projetados para uma tensão secundaria nominal de 115 volts, embora possam ser encontrados com tensão secundaria nominal de 120 volts. 
Transformadores de distribuição
Transformadores de força
1.4.2. Divisão dos transformadores quanto aos enrolamentos:
Transformadores de dois ou mais enrolamentos
Autotransformadores: se aplicarmos uma tensão a uma parte de um enrolamento (uma derivação), o campo induzirá uma tensão maior nos extremos do enrolamento. A desvantagem é não ter isolação entre entrada e saída, limitando as aplicações.1.4.3. Divisão dos transformadores quanto aos tipos construtivos:
Quanto ao material
- com núcleo ferromagnético;
- com núcleo de ar.
Quanto a forma do núcleo
- Shell;
- Core:
	* Enrolado: é o mais utilizado no mundo na fabricação de transformadores de pequeno porte (distribuição), alguns fabricantes chegam a fazer transformadores até de meia-força (10MVA):
		- Envolvido;
		- Envolvente.
	* Empilhado:
- Envolvido;
		- Envolvente.
Quanto ao número de fases
- Monofásico: são transformadores que possuem apenas um conjunto de bobinas de alta e baixa tensão colocado sobre um núcleo;
- Polifásico (principalmente o trifásico): são transformadores que possuem três conjuntos de bobinas de alta e baixa tensão colocadas sobre um núcleo. O funcionamento é idêntico a um transformador monofásico, uma que que a sua constituição é de dois ou mais transformadores monofásicos entre si.
Quanto à maneira de dissipação de calor:
- Parte ativa imersa em liquido isolante (transformador imerso);
- Parte ativa envolta pelo ar ambiente (transformador a seco).
1.5. Tipos de ligação
1.5.1. Sistema de corrente alternada monofásica
A corrente alternada se caracteriza pelo fato de que a tensão, em vez de permanecer fixa, como entre os polos de uma bateria, varia senoidalmente com o tempo, mudando de sentido alternadamente, donde o seu nome. O número de vezes por segundo que a tensão muda de sentido e volta à condição inicial é a frequência do sistema, expressa em “ciclos por segundo” ou “hertz”, simbolizada por “Hz”.
No sistema monofásico, uma tensão alternada U (Volt) é gerada e aplicada entre dois fios, aos quais se liga a carga, que absorve uma corrente (Ampère), conforme a figura abaixo:
Figura 3 - Corrente Alternada Monofásica
Se ligarmos duas cargas iguais a um sistema monofásico, esta ligação poderá ser feita de dois modos:
- ligação em série: na qual duas cargas são atravessadas pela corrente total ou de circuito; neste caso, a tensão em cada carga será a metade da tensão do circuito;
Figura 4 - Ligação em série
- ligação em paralelo: na qual é aplicada as duas cargas, a tensão do circuito; neste caso, a corrente em cada carga será a metade da corrente total do circuito.
Figura 5 - Ligação em paralelo
1.5.2. Sistema de corrente alternada trifásica
O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos de U1, U2 e U3 tais que a defasagem entre elas seja 120º e os “atrasos” de U2 e U1 em relação a U3 sejam iguais a 120º, considerando um ciclo completo 360º. 
Ligando entre si os três sistemas monofásicos e eliminando os fios desnecessários, terremos um sistema trifásico de tensões defasadas de 120º e aplicadas entre os três fios do sistema.
Figura 6 - Corrente alternada trifásica
Ligação Triângulo
Chamamos “tensões e corrente de fase” as tensões e correntes de cada um dos três sistemas monofásicos considerados, indicados por Uf e If.
Se ligarmos os três sistemas monofásicos entre si, podemos eliminar três fios, deixando apenas um em cada ponto de ligação e o sistema trifásico ficará reduzido a três fios U, V e W.
Figura 7 - Ligação em Triângulo
A tensão em qualquer destes três fios chama-se “tensão de linha”, ul, que é a tensão nominal do sistema trifásico. A corrente em qualquer um dos fios chama-se “corrente de linha”, IL.
Examinando o esquema da figura abaixo, vê-se que:
- a carga é aplicada a tensão de linha UL, que é a própria tem do sistema monofásico componente, ou seja, UL=Uf.
- a corrente em cada fio de linha, ou corrente de linha IL é a soma das correntes das duas fases ligadas a este fio, ou seja, I = If1 + If2.
Figura 8 - Ligação em triângulo (esquema)
Como as correntes estão defasadas entre si, a soma deverá ser feita graficamente como mostra a figura abaixo. Pode-se verificar que: 
Figura 9 - Diagrama fasorial da ligação em triângulo
Ligação Estrela
Ligando um dos fios de cada sistema monofásico a um ponto comum aos três restantes, forma-se um sistema trifásico em estrela. As vezes o sistema trifásico em estrela é a “quatro fios” ou “com neutro”
O quarto fio é ligado ao ponto comum as três fases. A tensão de linha, ou a tensão nominal do sistema trifásico, e a corrente de linha são definidas do mesmo modo que na ligação triangulo.
Figura 10 - Ligação em Estrela
Examinando o esquema da figura vê-se que:
- a corrente em cada fio da linha, ou corrente da linha IL = If.
- a tensão entre dois fios quaisquer do sistema trifásico é a soma gráfica das tensões de duas fases as quais estão ligados os fios considerados, ou seja: 
Figura 11 - Ligação em Estrela (esquema)
Figura 12 - Diagrama fasorial da ligação em Estrela
Ligação Zig-Zag
Este tipo de ligação é preferível onde existem desequilíbrios acentuados de carga.
Cada fase do secundário, compõem-se de duas bobinas dispostas cada uma sobre colunas diferentes, ligadas em série, assim a corrente de cada fase do secundário afeta sempre por igual as duas fases do primário.
Nas figuras abaixo temos um diagrama mostrando as ligações e os sentidos das correntes em cada enrolamento. E o diagrama fasorial da ligação zig-zag.
Figura 13 - Ligações e Sentidos das correntes em cada enrolamento
Figura 14 - Diagrama fasorial da ligação zig-zag
O transformador torna-se mais caro, principalmente pelo aumento de 15,5% no volume de cobre e pela complexidade de sua montagem. Além de atenuar a 3ª harmônica, oferece a possibilidade de 3 tensões: 220/127V, 380/220V e 440/254V.
MOTOR
O motor elétrico é um dispositivo cuja finalidade é transformar a energia elétrica a ele aplicada em energia mecânica (em geral, energia cinética) através de interações eletromagnéticas entre as partes que o constituem.
É um dos equipamentos mais utilizados pelo homem em sua caminhada em busca do progresso, pois praticamente todas as maquinas dependem dele. Ele precisa ser identificado e tratado com uma máquina motriz cujas características envolvem determinados cuidados, dentre os quais o de instalação e manutenção.
Devem ser instalados em locais que permitam fácil acesso para inspeção e manutenção. A fundação onde será colocado o motor deve ser plana e, se possível, isenta de vibrações. Deve ser perfeitamente alinhado com a máquina acionada, especialmente nos casos de acoplamento direto. Um alinhamento incorreto pode causar defeito nos rolamentos, vibração e até ruptura do eixo. 
A manutenção desses motores pode se resumir a uma inspeção periódica quanto aos níveis de isolamento, elevação da temperatura, desgaste, lubrificação dos rolamentos e eventuais exames no ventilador, quanto ao correto fluxo de ar. A frequência com que se devem ser feitas as inspeções dependendo do tipo de motor e das condições locais de aplicação.
2.1. Noções sobre o funcionamento dos motores elétricos de indução
O motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da energia elétrica – baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando – com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos.
Independentemente do modo de fabricação, o princípio básico de funcionamento dos motores é o mesmo: alimenta-se a parte fixa do motor com energia elétrica, criando-se ali um eletroímã cujo campo magnético variar. Esse campo criará uma força magnética na parte móvel do motor que irá mover-se para tentar acompanhar a variação do campo magnético.
2.2. Princípio de funcionamento
O rotor do motor precisa de um torque para iniciar seu giro. Este torque (momento) normalmente é produzido por forças magnéticas desenvolvidas entre os polos magnéticos do rotor e aqueles do estator. Forças de atração ou de repulsão, desenvolvidas entre este estator e rotor “puxam” ou “empurram” os polos móveis do rotor, produzindo torques, que fazem o rotor girar mais e mais rapidamente, até que osatritos ou cargas ligadas ao eixo reduzam o torque resultante ao valor “zero”. 
Após esse ponto, o rotor passa a girar com velocidade angular constante. Tanto o rotor como o estator do motor devem ser “magnéticos”, pois são essas forças entre polos que produzem o torque necessário para fazer o rotor girar. Todavia, mesmo que imãs permanentes sejam frequentemente usados, principalmente em pequenos motores, pelo menos alguns “imãs” de um motor devem ser “eletroímãs”.
Um motor não pode funcionar se for construído exclusivamente com imãs permanentes. Isso é fácil de perceber pois, não só não haverá o torque inicial para “disparar” o movimento, se eles já estiverem em suas posições de equilíbrio, como apenas oscilarão, em torno dessa posição, se receberem um “empurrão” externo inicial. 
É condição necessária que algum “polo” altere sua polaridade para garantir a rotação do rotor. Vamos entender isso melhor através da ilustração abaixo.
Figura 15 – Polaridade para garantir a rotação do rotor
Acima, um motor simples onde o estator é constituído por imãs permanentes e o rotor é uma bobina de fio de cobre esmaltado por onde circula uma corrente elétrica. Uma vez que as correntes elétricas produzem campos magnéticos essa bobina se comporta como um imã permanente, com seus polos N (norte) e S (sul) como mostrados na figura.
Comecemos a descrição pela situação ilustrada em (a) onde a bobina apresenta-se horizontal. Como os polos opostos se atraem, a bobina experimenta um torque que age no sentido de girar a bobina “para a esquerda”. A bobina sofre aceleração angular e continua seu giro para a esquerda, como se ilustra em (b). Esse torque continua até que os polos da bobina alcancem os polos opostos dos imãs fixos (estator).
Nessa situação (c) – a bobina girou de 90º - não há torque algum, uma vez que os braços de alavanca são nulos (a direção das forças passa pelo centro de rotação); o rotor está em equilíbrio estável (força resultante nula e torque resultante nulo). Esse é o instante adequado para inverter o sentido da corrente na bobina. Agora os polos de mesmo nome estão muito próximos e a força de repulsão é intensa. Como a bobina já apresenta um momento angula “para a esquerda”, ela continua girando “para a esquerda” (algo como uma “inércia de rotação”) e o novo torque (agora propiciado por forças de repulsão), como em (d), colabora para a manutenção e aceleração do movimento de rotação.
Mas, mesmo após a bobina ter sido girada de 180º - não ilustrada na figura -, o movimento continua, a seu sentido, novo torque e a bobina chega novamente á situação (a) – giro de 360º -. E o ciclo se repete. Essas atrações e repulsões bem coordenadas é que fazem o rotor girar, embora o modo como tais torques sejam obtidos possam variar entre os vários tipos de motores. A inversão do sentido da corrente, no momento oportuno, é condição indispensável para a manutenção dos torques “favoráveis”, os quais garantem o funcionamento dos motores. É por isso que um motor não pode ser feito exclusivamente com imãs permanentes.
2.3. Tipos de ligação
2.3.1. Sistema de Corrente Alternada Monofásica
A corrente alternada se caracteriza pelo fato de que a tensão, em vez de permanecer fixa, como entre os polos de uma bateria, varia com o tempo, mudando de sentido alternadamente, donde o seu nome. No sistema monofásico uma tensão alternada U (volt) é gerada e aplicada entre dois fios, aos quais se liga a carga, que absorve uma corrente I (ampère).
Se ligarmos duas cargas iguais a um sistema monofásico, esta ligação pode ser feita em dois modos:
- Ligação em série, em que duas cargas são atravessadas pela corrente total do circuito. Neste caso, a tensão em cada carga será a metade da tensão do circuito para cargas iguais.
Figura 16 - Ligação em série
- Ligação em paralelo, em que é aplicada às duas cargas a tensão do circuito. Neste caso, a corrente em cada carga será a metade da corrente total do circuito para cargas iguais.
Figura 17 - Ligação em Paralelo
2.3.2. Sistema de Corrente Alternada Trifásica
O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos de tensões U1, U2 e U3 tais que a defasagem entre elas seja de 120º, ou seja, os “atrasos” de U2 em relação a U1, de U3 em relação a U2 e de U1 em relação a U3 sejam iguais a 120º (considerando um ciclo completo = 360º). O sistema é equilibrado, isto é, as três tensões têm o mesmo valor eficaz U1 = U2 = U3.
Ligando entre si os três sistemas monofásicos e eliminando os fios desnecessários, teremos um sistema trifásico: três tensões U1, U2, e U3 equilibradas, defasadas entre si de 120º e aplicadas entre os três fios do sistema. A ligação pode ser feita de duas maneiras:
- Ligação triângulo: 
Se ligarmos três sistemas monofásicos entre si, podemos eliminar três fios, deixando apenas um em cada ponto de ligação, e o sistema trifásico ficará reduzido a três fios L1, L2 e L3.
Tensão de linha (U)
É a tensão nominal do sistema trifásico aplicada entre dois quaisquer dos três fios L1, L2 e L3.
Figura 18 – Ligação em triângulo
Figura 19 – Ligação em Triângulo (esquema)
Corrente de linha (I)
É a corrente em qualquer um dos três fios L1, L2 e L3.
Tensão e corrente de fase (Uf e If)
É a tensão e corrente de cada um dos três sistemas monofásicos considerados.
Examinando o esquema, vê-se que:
U = Uf
I = . If = 1,732 If
I = If1 + If2
- 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.
Às vezes, o sistema trifásico em estrela é “a quatro fios” ou “com neutro”. O quarto fio é liado ao ponto comum às três fases. A tensão de linha ou tensão nominal do sistema trifásico e a corrente de linha são definidas do mesmo modo que na ligação triangulo.
Figura 20 – Ligação em estrela
Figura 21 – Ligação em estrela (esquema)
Examinando o esquema da figura, vê-se que:
I = If
U = . Uf = 1,732 Uf
I = Uf1 + Uf2
2.4. Motor de indução
Um motor de indução é composto basicamente de duas partes: um estator e um rotor. O estator constitui a parte estática de um motor e o rotor sua parte móvel.
O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas por corrente parasitas e histerese. Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos que deverão criar um campo magnético no estator.
O rotor, composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente como o estator, tem também o formato de um anel, com enrolamentos alojados longitudinalmente.
O motor de indução é o motor de construção mais simples. Estator e rotor são montados solidários, com um eixo comum aos “anéis” que os compõem. A aplicação de uma tensão nos enrolamentos do estator irá fazer com que apareça uma tensão nos enrolamentos do rotor. Assim o estator pode ser considerado como o primário de um transformador e o rotor como seu secundário. O espaço entre o estator e o rotor é denominado entreferro. 
Figura 22 - Máquina de indução
Conforme se pode observar na figura, no estator de um motor de indução os enrolamentos, ou bobinas, são em número de três. Estas bobinas, alojadas nas ranhuras do estator, podem ser ligadas em estrela ou triângulo.
2.4.1. Princípio de funcionamento do motor de indução
O dispositivo apresentado na figura abaixo será utilizado para demonstrar o princípio de funcionamento de um motor de indução. Este dispositivo consiste de um imã suspenso por um fio. Sob o imã um disco de cobre ou alumínio está apoiado sob um mancal que está por sua vez apoiado em uma placa de ferro. Neste dispositivo o campo do imã permanente completa-se através do conjunto disco-placa de ferro.
Figura 23 - Motor de indução
A medida que o imã girar o disco irá acompanhá-lo. Este fato se deve às correntes parasitas que aparecerão no disco devido a seu movimento relativo em relação ao campo magnético. A Lei de Lenz explica osentido contrário da tensão induzida (e consequentes correntes parasitas) que irá produzir o campo que tenderá a se opor a força, ou seja, ao movimento que produziu a tensão induzida. Estas correntes parasitas tenderão a criar sob o polo N do imã um polo S no disco e sob o polo S do imã um polo N no disco. Enquanto durar o movimento, que produz as correntes parasitas, estes polos serão criados no disco. O disco desta maneira irá girar no mesmo sentido do imã pela atração existente entre estes pares de polos que tenderão a alinhar-se.
Um fato extremamente importante é que o disco irá girar a uma velocidade menor que a do imã, pois caso contrário não existiria movimento relativo entre o imã e o disco e como consequência não existiriam as correntes parasitas nem os polos, nem o movimento do disco e nem o torque. Desta forma, o disco deve “escorregar” em velocidade para que se produza torque.
A diferença de velocidade que existe entre a velocidade síncrona do campo magnético girante e a velocidade um pouco menor na qual gira é chamada de escorregamento (s), e é normalmente expressa em porcentagem.
2.4.2. Corrente solicitada pelo motor
A potência mecânica no eixo de um motor é expressa em HP ou CV. A potência elétrica de entrada, maior que a potência mecânica, é igual a potência do motor dividida pelo rendimento (em torno de 80% para a maioria dos motores). A corrente nominal do motor, em amperes, pode ser obtida então da seguinte expressão:
Onde:
V: tensão entre fases;				
FP: fator de potência;	
 : rendimento;
K: constante igual a para motor trifásico 
2.4.3. Partida do motor de indução
Embora haja algumas exceções, de uma maneira geral, um motor de indução requer aproximadamente seis vezes a sua corrente nominal para a partida a tensão nominal. Na maioria das utilizações, residenciais ou industriais, pequenos motores de indução do tipo gaiola, da baixa potência, podem partir com ligação direta à rede, sem que se verifiquem quedas na tensão de suprimento e sem que se verifique no motor um grande aumento do período de aceleração, desde o repouso, até sua velocidade nominal.
Pelos elevados valores das correntes de partida as concessionárias de energia responsáveis pelo fornecimento de energia residencial e comercial estabelecem limites de potência para a partida a plena carga de grandes motores. Deve-se portanto utilizar sistemas de partida visando a diminuição da corrente de partida. No meio industrial, a adoção de um sistema de partida eficiente envolve considerações quanto à capacidade da instalação, requisitos da carga a ser considerada, além da capacidade do sistema gerador.
2.4.3.1. Partida com Tensão Reduzida com Autotransformador
Motores de indução trifásicos de tipo gaiola podem arrancar com tensão reduzida usando um único autotransformador (ou autocompensador) trifásico ou três transformadores trifásicos. Os taps do autotransformador cariam de 50 a 80% da tensão nominal. A chave tripolar de duas posições é colocada na posição de “partida” e deixada lá até que o motor tenha acelerado a carga até aproximadamente a velocidade nominal, sendo então imediatamente levada à posição de “funcionamento”, aplicando-se a tensão total da rede.
 
2.4.3.2 Partida Estrela-Triângulo
Em termo de simplicidade e custo, esta é a maneira mais conhecida de partida de um motor de indução. Para que se possa aplicar este método é necessário que o motor permita o acesso a seus terminais das bobinas do estator, de tal forma que seja possível efetuar-se a conexão estrela durante a partida, e delta na operação. Quando ligadas em estrela, a tensão imposta à cada bobina é de EL /, ou seja, 57,7% da tensão da linha. Assim, por meio de chaves é possível fazer partir um motor de indução em estrela, com pouco mais da metade da tensão nominal aplicada à cada bobina e posteriormente funcionar em delta com toda a tensão de linha. A corrente de linha para a partida fica reduzida a 1/3 da corrente nominal. O chaveamento da posição estrela para a posição delta deve ser feito tão rapidamente quanto possível para eliminar grandes correntes transitórias devidas a perda momentânea de potência.
2.4.3.3. Partida de Motor de Indução de Rotor Bobinado
O torque de partida do motor de indução de rotor bobinado pode ser ajustado por meio de resistências externas associadas ao circuito do rotor, ou seja através da conexão de resistores variáveis em série com cada bobina do rotor. Limitando-se a corrente no circuito do rotor, com torque adequado no instante da partida, a corrente de linha no estator é consideravelmente reduzida.
Na posição “desligado”, mesmo com o motor energizado, o rotor no gira devido ao circuito do rotor estar aberto. O motor arranca ao primeiro contato da chave com a posição de máxima resistência. O motor irá acelerar na medida em que a manopla move-se no sentido horário, diminuindo-se a resistência do rotor. Na posição final, o rotor é completamente curto-circuitado. Se o dispositivo for projetado de tal modo que as resistências permaneçam no circuito, o dispositivo de partida pode servir também como controlador de velocidade.
Referências
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