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Teoria e EnsBios
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Maquinas EhHricas
Teoria e Ensaios
EDITORA AALIADA
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Maquinas Eletricas
Geraldo Carvalho do Nascimento Junior
Maquinas EII~tricas
Teoria e Ensaios
41 Edicao Revisada
Sao Paulo
2011 - Editora Erica Uda .
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Copyright 0 2006 da Editora Erica ltda.
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f1!Il0.695, de 07.01.2003) COOl pena de recUsao, de dais a qualro anas, e 1TWJ1ta, c::onjI.ntwente com busca e apreensAo e
indenizat;;Oes cflY9fSas (artigos 102, 103 paligralo i.rIico, 11)4, 105, 100 e 107 i\ens " 2 e 3 da Lei 019.610, de 19.06.1998.
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ConIeUdo adaptado ao No'«! Aludo C>rtogIlfm da LIngua Portuguesa, em exeQJij:lIo desde 1~ de janeiro de 2009.
"Algumas imagens utilizadas oeste Uvro Ioram OOtidas a partir do CoteIDRAW 12, Xl e X4 e da CoI~ do
MastefClipslMastefPhoIos"da IIIISI. HIO Ra.vIand Way. 3td IIoor Novato, CA 94945, USA."
Dados Inlemacionais de Calaloga~io na Public~iiio (CIP)
(camara Sr8silaira do Livro, SP, Brasil)
Nascimento Junior, Geraldo Carvalho do
Maquinas eletricas: leona a ansaios I Garaldo CaNaJho do Nascimento Junior. - 4. ed. - SAo
Pauto: Erica. 2011 .
Bibliogralia
ISBN 978·85·365-0126-0
1. Maquinas elelricas I. Titulo.
10-13648
Indices para cataJogo sistematico
1. Maquinas aletricas: Engenharia eletrodinAmica
Cooroeool;AO Editorial:
Capa:
Edito~ e Finaliza~:
Editors Erica LIds.
Rua Sao Gil. t 59 · Tatuape
Rosana ArMa da Silva
Mauricio S. de Fra~
Pedro Paulo V. Herruzo
~rica Regina Pagano
Rosana /\p. Alves dos Sanlos
FItlYio Eug~ de Lina
Marlene Teresa S. ANes
CEP: 03401-030· sao Paulo , SP
Fone: (11) 2295--3066 - Fax: (11) 2097-4060
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C00-621.31042
621.31042
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Dedicatori
Aos grandes homens da ciencia que iniciaram Oll derarn continuidade a urn
trabalho, as vezes do nada ou com extrema dificuldade. mas no final dividiram
o resultado com 0 mundo e praticamente naD pediram nada em troea. Sabemos
que sem eles a eletr6nica, a ei6trica, a robotica, a medicina, a aeromiutica e
tantos Qutros conhccirnentos humanos nao teriam 0 nivel tecnologico atual e
nao contribuiriam tao significativamente para a qualidade da vida humana. Sao
eles, citando alguns dos nossos professores:
George Simon Ohm, Andre Marie Ampere, Alessandro G. Volta, Michael
Faraday, Joseph Henry, James Watt, Gustav Kirchhoff, James Prescott Joule,
Benjamin Franklin, Charles Augustin de Coulomb, Willian Gilbert, Karl
Friedrich Gauss, Hans Cristian Orsted, Isaac Newton, Henrich Lenz, Nikola
Tesla ...
.......... ... .... .. .. ... ........ ... ... ........... .... .... ..................... -.8
..... ______ ......"Agradecimentos
A Deus por tcr concedido saude e vontade de escrevcr sabre 0 mundo it
minha volta;
A minha familia por termos iniciado 0 caminho juntos e estarmos unidos
ate hoje;
Aos amigos e colegas de trabalho pelo incentivo e companheirismo,
particulannente ao amigo professor engenheiro Antonio Costa por compartilhar
sellS conhecimentos e sua vivencia pnitica em maquinas eletricas, contribuindo
positivamente com este trabalho;
Especialmente a minha esposa Bruna e ao meu filho Gabriel , que dividi-
ram parte do nosso tempo com estas pagmas que trazem muitos pensamentos
impressos.
Sa/mos, SI 18,30
Com'OSco afronrarei /mfalMes.
com meu Deus escalare; mum/has.
1(;\ Maquinos Eletricas \::.L .. ... ... .. .. . ... . .... . . .... .. ....... .......... ..... .. . .......... ... . ......... .
Capitu lo 1 - Magnetismo e Eletromagnetismo ............................................................... 15
1.1. Magnetismo......... ........................... ......................... . ............................ 15
1.2. im.li .... .......... .. .. ............................... .............................................. ................. ... 15
1.3 . Magnelismo terresrre ..................... .......................................... .......................... . 17
1.4. Associayao paralela de imas ........................................................................... 18
1.5. Magnetizayao ............ ................ ......... ............... ......................... ...................... 19
1.6. Desmagnetizayao ..................................... ........................................ ......... ....... 19
1.7.0 gigaDtesco Una e 0 calor em seu centro ............................................ ............. 20
1.8. Tipos de material ..... ................................. ......... .......................... ................. .... 20
1.9. Grandezas magm!ticas e unidades de medida ................................................... 20
1.1 O. Eletrost:itica...................................................... ................. . .................. 23
1.1 I. Eletromagnetismo .. ............................
......... .. . .............................. ............. 23
1.12. Bobinas ou indutores................................... . .............................................. 25
1.13. PerimctfO medio do meio magnetico ............ ........... .............. ........ ................ . 26
1.14. Linhas de campo no ferro............. . ........................................ 27
1.15. Saturayao, remanescencia e histerese. .............. .... ... ................. ............. . ... 29
1.16. Relutancia .......................... . .............. ...... ....... ....... .... .... ............... .......... 30
1.17. Circuito magnetico............ ............... . .................. ... ............ .... .. 30
1.18. Indm;:ao magnetica .......................... ......... ........................................ ........... ...... 31
1.19. Eletroima em corrente altemada ......... ..... .......................................... ........ ... .... 33
1.20. Exercicios de fixayao ................................ ...................................................... 33
Capitulo 2 - Transformador Monofaslco ........................................................................ 35
2.1. lntroduyao .................................. ................ . ...................................... ........... 35
2.2 . Transfonnador elementar ............... ... ... .......... ............... ..35
2.3. FuncioDamento do transformador ... . ..... 36
2.4. Tipos de nueleo ..................... ...................... .. . .. 38
2.5. Correnles de parasitas ......... ..... ............... . ........... ....... ... 39
2.6. Perdas no transfonnador ...................... .......... . ....... .......... .. ..... 40
2.7. Calculo de pequcnos transformadores .......... ..................................... ............. .... 40
2.8. Considerayoes sobre isolantes e imprcgnayao ................................................... .45
2.9. Ci rcuito equiva1ente ........................................................................................ .45
2.10. Considerayoes sabre ensaios................................ ............. .. ................... ... . 46
2.11 . Pcrdas no ferro ..... ......... ... ...... ...... ............ ................. . .. 46
2.12. Perdas no cobre ... ......... ... ... ....... . ....... ....... 47
2. 13. Impedancia percentual ........... ............. . ..... ............. ... ......... ................ 48
2.14. Rendimento do transfonnador................ . ... ............... .......... .... .. ...... .. 49
2.15. Ensaios ...... ....... .. ....................... . ....... .............................. ............ ....... 49
2.16. NoyOes de enralamento de rransfonnadores . ....... ................. . ............. 54
2.17. Micrometro ................................... ............. ............................... ....... ....... ....... . 56
2.18. Exercicios de fixay.lio .............. . ....... ..... .................................. .......... ........... 56
... ............... .................. ... ....... ................... ... .. .... B
Capitulo 3 - Transformador Trifasico ............................................................................ 57
3.1. LntrodUl;:ao ............. .. .................... ............... ............... ....... ................................ 57
3.2. Aspectos construrivos..... .. ................................................................ 57
3.3. C lasses de prot~ao ............ ............... ...... .. ................................... .. 59
3.4. Transfonnadores trifasicos em paralelo ..... .. .......... ....................... 60
3.5 . Grupos de transfonnadores................... ...... ................... ..... .. ............. ... 60
3.6. Polariza!yao do transfonnador ............... ........ ...................... ....... ....................... 60
3.7. Ensaios fisico-quimicos ................... ............. .............. ............... ......................... 62
3.8. Liga~s em transformadores trifasicos ................... ................. .. ................. 62
3.9. Execu~i'io de medidas em transfonnadores trifasicos .......... ............. .............. .... 64
3.10. Ensaio: transfonnador trifssico ................ ............ .............. ............................ 65
3.11. Banco de transfonnadores monofasicos ........................... .............. ................ . 73
3.12. Exercicios de fixar;ao .......... .......... .............................................. .............. ..... 74
Capitulo 4 - Oulros Transformadores ............................................................................ 75
4.1 . Autotransformador... ........................... .. .................. ........ ....................... 75
4.2. Autotransfonnador ajustsvel ........... ......... ................... ............................... .... 77
4.3. Transfonnador de potencial..... .................... . ......... 78
4.4. Transformador de corrente .................. ...... .............. .. ...................... ........... 78
4.5. Ensaio: regular;ao de tensilo em transfonnadores.. .. .............. .. 81
4.6. Exercicios de fixar;ao ....................................................................................... 84
Capitulo 5 - Motor CC ..... ............ .................................................................................... 85
5. 1. Introdur;ao........................ ................. . ........................................... 85
5.2. Principio de func ionamento ................. .......... ................. ..... ............................. 86
5.3. Aspectos eonstrutivos .................................................................................... 88
5.4. Tipos de Jigar;ao e caractcristicas de funcionamento de motores CC ................. 90
5.5. Comutador ...................... . ............................................ ................................. 95
5.6. Escovas e 0 ajuste da linha nculm ................................ .. ................... ... 95
5.7. Identifiea!yao dos terminais das maquinas CC ........... ......................................... 96
5.8. EletrodinamOmetro... .... ............. .. . ............... ......... ..... ........................ ... 97
5.9 . Ensaios: motor CC ...... ........................ ......... ................. ............ ............... ........ 97
5.10. Exercicios de fixar;ao ...................................................................................... 109
Capitulo 6 - Gerador CC ............................................................................................... III
6.1. Introdur;ao.............. ...... . ..................................... ....... ....................... ill
6.2. Principio de funcionamento .................. .... .. . . .... III
6.3. Excita~iio de campo shunt ....................... ...... ........... . . ........................ 114
6.4. Gerador CC serie ................................. ..... .................................................... 115
6.5. Tipos de geradores CC autocxcitados ...................... .. . ................. 116
6.6. Aplicacoes dos geradores CC... . ............ .. 118
6.7. Ensaio: gerador CC ........ .................. ................ .
. .................... . 120
6.8. Exercfeios de fixacao .................. .. ......... ......... . . ..... 132
@. Maquinas EII!tricas
....... ....... ... ......... ............. ........ ...... ................. ........
Capitulo 7 - Motares Monofasicos CA ...........•.••..••.•.•.......•.•.•.•.•.•.•.•..••.........•............... 133
7.1. Introdm;ao ............ .. ........... ..................... .............. ............ .. ......... ..133
7.2 . Motor de fase dividida ~ caracteristicas construtivas ............... .. ............ 134
7.3. Principio de funcionamento do motor
de fase dividida... . ..... 135
7.4 . Motor monofasico com capacitor de partida.. .... . .. .......... 138
7.5. Motor monofasico com capacitor pennanente ..... .. ... .......... ............................ 139
7.6. Ensaio: motor monofasico.................. ....... ....... .................. .. ............ 140
7.7. Exercicios de fixa~iio ........................ .................. ........................................... 152
Capitulo 8 - Qutros Motores Ligados a Rede Monofasica .•.•.•.•.•.•..•.•.•...•.•.•.•.•.•.•.•..... 153
8.I.lntrodu~ao ...................... ................ .. ................... 153
8.2. Motor universal : aplicavoes ...... .. ................................................. 153
8.3 . Motor universal: principio de func ionamento..................... .. .......... 154
8.4 . Motor de repulsao: aplica(j:Oes ......................................................................... 155
8.5. Motor de repulsao: funcionamento .... ................ . .............. ................ ........ ..... 156
8.6 . Motor de campo distorcido ................................................................ .. ....... 157
8.7. Ensaio: motor universal ...................... .................... ............. .. ..... 158
8.8. Ensaio: motor de repulsao de partida .............. .................... .. 162
8.9. Exercicios de flXa~ao .. ........ ................................. .............. . .. ....... 166
Capitulo 9 - Geradores CA ............ ................................................................................ 167
9.1.lntrodu~ao .................... ..... ......... ..... ..... ..... ....... ........ ... .. . ....... 167
9.2. Aspectos construtivos .................................................................... ............ 167
9.3. Funcionamento....... .. .............. . .............................. .. . .... 16&
. .. 171
173
9.4 . Sincronjza~ao.............................................................. . .. ............ .
9.5. Disponibi liza~ao de potencia
9.6. Ensaio: gerador trifasico CA
9.7. Ensaio: sjncroniza~ao com a rede
9.8. Exercicios de fixa~iio .................... .
... ........................................... 175
................................... ..... .. 181
........................................... 185
Capitulo 10 - Motores Trifasicos de ]ndu~ao CA ......................................... ............... 187
10.1. Introdm;ao .......................... .. ..................... ................ 187
10.2. Aspectos construtivos: molor trifasico com rotor gaiola ................................ 187
10.3. Aspectos construtivos: motor trifasico com rotor bobinado ........................... 188
IDA. Motores de duas velocidades trirasicos .................................. .................. ....... 189
10.5. Frcnagem c1ctTomagnctica de motorcs............ .. .......... .. ............................ 192
10.6. Identificacao das bobinas .............................................................................. 192
10.7. Campo girante ..... ........................................................................................... 193
10.8. Torque e potencia dos motores trifasicos ......... ....... . .. .......... 195
10.9. Testes de cotina em motores de indu~ao ....................... . ............... 197
10.10. Ensaio : motor trifasico de indm;:iio com rotor gaiola ................................... 198
10.11. Ensaio: motor trifasico de rotor bobinado ................. ................ .............. . 202
10 .12. Exercfcios de fixayao ....................... .. .............. ........ ............. 208
.. .............. ..... ........ .. .............. ...... .... .... ... .. .. .. .. ........ .0
Capitulo II • M otor Sincrono ................................................................... .................... 209
11.1. lntrodUl;ao. ......................................... . ................... ........... 209
1l.2. Motor sincrono: funcionamento e operaryao ....... ... ..... ......... ...... . .. ....... 209
11 .3 . Ensaio: molor sincrono............... ... ... .... .... . ..... .......... .. ............. 2 12
11 .4. Exercicios de fi xac;ao..... .............. .................... ........ ...................... ..222
Capitulo 12 • Motores d e Passo e Servomotores . .......... ............................................... 223
12.1.lntroduc;uo .................. ......................................................................... ...... 223
12.2. Malar de passo: aspectos gerais .... . .................. .. ......... .......... ...... ........ 223
12.3. Motor de passo de ima permanenle ... .................................. ................. ........ 225
12.4. MOlor de passo de relutancia variavel .. .......................................................... 227
12.5. Servomotor.............. . ................ .. .................... ................................... 228
12.6. Ensaio: mOlor de passo ............................... .............................. .......... ........... 229
12.7. Exercicios de fi x3C;ao. ............. .............. ... .. ........ . .................. ............... .. ....... 230
Apendice A • Instru mentos d e Medilj:3o .. ............. ........................................................ 231
A.I. Introdur;:ao.................... .. ............... ................................... ..................... 231
A.2. Ampcrimetro ......................... ............ ...................... .... ................................ 231
A.3. Volt imetro. ............. .... .......... ................ .. .. .............. . ....... ........ ............. 233
A.4. Wattinletro ....................... ................ .............................. ................................ 233
Apcodice B • NOIj:i'.ics de Eorolamento de Motores ...................................................... 241
B. I . Tipos de diagramas ..................................................... ....................... ............ 242
8.2. Projeto de enrolamento de motor.......... .. .. ..... ..... ............................. 243
B.3. Idenlificayao dos tenninais de urn motoL ....................................................... 247
Apeodice C • Ligalj:oes de M otores e Sistemas de Partida .......................................... 250
c. t . Ligayocs para motorcs monofasicos.... ............. .. ................................ 250
C.2. Partida manual para motores monofasicos .................................................... 250
C.3. Partida direta para mOlar triHisico ............. ..................................................... 251
C.4. LigayOes de motores.... ........... ................................. .................. .. ..... 252
C.5. Cbave de partida estrela triangulo ............. ..................................................... 254
Apendice D - For mulario e Conversao de Unidades ............................ ............ ........... 256
0. 1. Nomenc1aturas da tensiio eh!trica ............. ....................................................... 256
0.2. Magnctismo e eletromagnetismo .................... ............. .......................... ......... 257
D.3. Transformador monofisico ............................................. ................. ............... 257
0 .4. Transfonnador trifasico ............... ......... ................... ... ......................... ...... ...... 258
0 .5. Motor monofasico ... ..................... ........ ............. ... .. ......................... 258
D.6. MOlor trifasico .................... ....................... .................. ......................... ........... 258
0 .7. Motorcs em geral ........................................................................................... 258
D.8. Conversao de unidadcs .. .. . .. ......... ..................................................................
259
Bibliografia ............ ............................ .. .... ................. ...................................................... 260
0L ................ .... .. ........ '-!~~~;~~. ~!~/:-.;~~~ ... .. .. ........ .... ...... ... .. .
Prefacio
A principia, 0 objetivo deste trabalho era fundamentar uma sequencia de
ensaios e conhecimentos relacionados a maquinas eh~tricas para as cursos
tecnicos de eletrotecnica, eletronica e eletroeletn3nica. Corn 0 tempo percebi
que na~ apenas estudantes de cursos tecnicos precisavam desse conjunto de
infonnayoes, mas estudantes dos cursos cientfficos tambem, pais poderiam seT
muita uteis no desenvolvimcnto profissional.
Existem otimos livros cientificos sabre maquinas eh~tricas corn anaiises
matematicas, equacionamentos e que sao excelentes para 0 desenvolvimento do
conteudo cientifico nesta area. A dificuldade de encontrar urn exemplar com
conteudo basi co, como descriyao de funcionamento e ensaios comprobat6rios,
foi a grande motivayao para escrever este volume. Seria urn grande erro iniciar
o estudo de uma maquina sem passar por aspectos basicos de funcionamento e
caracteristicas eletricas. 0 estudo cientffico embasado num conhecimento
previo e solido de uma maquina pode levar a resultados pniticos cxcelentes,
enquanto somente 0 estudo teorico produziria apenas mais teorias.
Por estes e outros motivos apresento ao colega lei tor uma serie de ensaios
preparados com an<ilises teoricas do funcionamento complexo das maquinas
eh~tricas fundamentais. Transfonnadores, motores e geradores sao estudados
nos capitulos seguintes de fonna simples e direta, sem calculos complex os,
dando enfase it analise construtiva e aos ensaios eletricos para observayao de
caracteristicas fundamentais.
Espero que aprecie a leitura e se envolva com a complexidade construtiva
de uma maquina eletrica, apaixone-se por esse ramo da eletrotecnica, de
continuayao aos seus estudos e futuramente desenvolva suas proprias teorias,
projetos e maquinas. Afmal, tudo e possivel se acreditarmos ern nos e
valorizannos 0 conhecimento e 0 estudo cientifico.
Nesta quarta ediy3o, a apresentay30 de alguns temas e equayoes foi melho-
rada, com referencia a normas, alguns comentarios e maior profundidade,
confonne sugestoes.
Born estudo!
o autor
...... ........... .... ... ...... ............. .... ... ..... ... .................... 10
Sobre 0 Autor
Nascido em Santos, Sao Paulo, iniciou a carreira na area de eletricidade e
eletronica no Senai de Santos, corn 0 curso de aprendiz de eletricista de
manutcllyao da unidade. Deu continuidade aos estudos cursando Tecnico em
Eletrotecnica na antiga escola Arist6teles Ferreira. Mais tarde cursou
Engenharia Industrial E16trica, tendo recebido 0 premia de melhor aluno do
curso de engenharia da turma de 1998, oferecido pelo CREA-SP.
Como profissional atuou em algumas industrias do polo de CubaHio e ern
uma industria alimenticia, onde desenvolveu trabalhos de montagern, manu-
tenyao e projeto de maquinas autormiticas, manutenr.;:ao de motorcs eIetricos,
instrumentayao eletronica e outros durante quinze aDOS.
AtliCU e atua como docente em centros de educarrao profissional nas areas
de ffiaquinas eletricas, cornandos eietricos, eletroeletronica e autornarrao.
@L .... .... ... ......... ... .... .. . A!~~~i~.a:. ~~~~r!~~~ ..... .. .. ..... ..... .... ... .... .
'-_____ -'s~u estoes de utiliza~ilo d",o"-"Ii~vr..,o,-_____ .....
Os ensaios que constam no livro foram realizados com equipamentos
disponfveis modulares e nao modulaTes. Para realizar 0 ensaio com transfor-
madores e pequenos motores, foram utilizados equipamentos nao modulaTes,
ista e, equipamentos naa preparados para ensaios e que estavam disponiveis,
por exemplo, autotransformador de geladeira.
Outros ensaios, os que utiiizam maquinas rotativas, poderiam seT [citos
desta forma, mas aproveitando a disponibilidade do modulo EMS da Lab-Volt®,
foi passive! realiza-Ios com menor dificuldade e em menos tempo.
Existem duas sugestoes para utilizar 0 livro em cscolas tccnicas profissio-
nalizantes:
A) Aquelas que nao possuem recursos matcriais para fazer os ensaios;
B) Escolas que possuem modulos e equipamentos para realizar os ensaios.
Sugestao A
Se nao possuir rnaqumano disponivel para ensaio, cujo custo e alto,
podem ser tornados os valores dos ensaios realizados e anotados no livro para
reflexao e analise, pois a maior parte das questoes presentes no ensaio e
relativa a observayao desses dados.
Os relatorios podem ser feitos com base nos relatorios do livro, acres-
centando novo fonnato, se for necessario, e observayoes dos alunos.
Sugestao B
Se urn equipamento para ensaios de maquinas estiver disponfvel, este livro
e ideal como guia para realizayao de ensalOS, mesmo com 0 manual do
equipamento.
Os relatorios de ensaio presentes no livro servem de modelo para os
alunos, que podern tomar nota dos resultados obtidos, alterando 0 conteudo das
tabelas e as caracteristicas das maquinas. As respostas devem ser as mesrnas
em tennos de funcionamento e comportamento caracteristicos.
....... ... .... .... ... ......... ....... .. .. ..... ....................... ..... .... 10
Sugestao Cera)
Nonnalmente. devido a complcxidade dos ensaios em tennos de ligayB.o
de instmmentos, procedimentos com maquinas e alto custo dos equipamcntos,
os ensaios sao realizados pelo instrutor e acompanhados passo a passo pelos
estudantes. Este e urn proccdimento comum na utilizar;ao de maquinas eletricas
na escola e na vida profissional, pois nao se pode trocar uma maquina
danificada por outra, como fazemos com urn componente eletronico.
E preciso ter paciencia e tomar nota de todos os procedimentos realizados
e os resultados obtidos no cnsaio, se ele for executado no modo demonstrayao.
Construa grnficos e tabelas comparativas, novos modelos de ensaio, discuta as
conex5es de instmmentos e prepare~se para a vida profissional.
Se for oportuno e houver disponibilidade de equipamentos, siga as
orientayoes do instrutor a risca e passo a passo, confira todas as ligayOes e s6 0
utilize quando voce verificar as ligayoes e 0 profissional que supervisiona °
experimento pennitir.
Seguranya e zelo pelo patrimonio sao caracteristicas indispens3veis ao
profissional da area de maquinas.
0l
Nota
Os ensaios apresenlados no livro foram realizados com delerminadas maquinas.
Isso nao quer dizer que voce lenha de realizar seu ensaio com uma maquina
id€mlica nem obler os mesmos valores anolados neste ensaio. 0 objelivo principal e
a constala~o. Voce leu e releu a teoria; agora vai compmvar alguns aspectos
seguindo um guia de pmcedimentos elaborado de forma que possa comparar seus
resultados com aqueles esperados e com os anotados no livre. Registre seus
resultados e desenhe os graficos.
Maquinas Elelricas
........ .... ... .... .. ................................................
Magnetismo e Eletromagnetismo
m
~ ____________ ~I.~I~. ~M~aig~n~eti~·s~m~o ______________ R
Ha muitos secuios, como conta a hist6ria, urn homem passeava pelas
terras de uma regiao chamada Magnesia, Asia Menor, cnde hoje se localiza a
Turquia, quando a lgo grudou no metal de sua sandalia. Fora descoberto, ainda
na Antiguidade, urn tesouro tao precioso ou mais que 0 proprio auro, OU que 0
proprio diamante. Afinal de contas, nos podemos viver sem ouro, mas
cetiamente nao tenamos chegado onde estamos sem a descoberta do mineno
denominado magnetita. Esse material foi utilizado pelos chineses como bussola
por volta do secula X.
Recebe 0 nome de magnetismo a propriedade que urn material possui de
atrair metais ferrosos. No inicio esses materiais provinham (mica e exclusi-
vamente da magnetita. Atualmente, com todas as descobertas na area, temos
materiais artificiais
com maior eficiencia rnagnetica construidos em laboratorio.
A atrayao magnetica quc csses matcriais exercem sobre materiais ferrosos e
devido ao campo magnetico invisivel que existe ao redor deles.
Sao infinitas as aplicar;oes dos matcriais magneticos e suas propriedades.
Eles estao prescntes desde a bussola ate 0 mais avanr;ado computador pessoal c
e dever de todos os estudantes dc maquinas eletricas ter conhccimentos
minimos sobre 0 assunto.
1.2. 1m3
Da-se 0 nome de Ima aos materiais industrializados ou nao, a partir da
magnetita ou nao, que possuem propriedades magneticas. Mas de onde vern
essa propriedade rnagnetica? Como ela surge em urn material?
Essa forca magnetica au propriedade magnetica vern da estrutura molecu-
lar do material , Figura 1.1. Quando as moleculas do materia l estao alinhadas,
fonnando urn so dominio, esse material possui propriedades magneticas.
1mB'
2
Figwo 1.1
No material ndo magnelico'
as moteculwi e.'ado de:mlinhadas,
desorganizadas, enquamo 110
material magneticol elas e: .. tiio
petfeitamellle organizodas.
As caracteristicas cornportamentais de urn ima sao conhecidas mundial-
mente, por uma infinidade de pessoas, mesmo sendo parte de urn ramo da fisiea.
Vamos organizar esse conhecimento de modo a aproveit<i-Io eficientcmente mais
adiante.
Um ima possui dais palos, sendo 0 norte e 0 suI. Nao importa em quantas
partes esse material seja dividido. Ate a ultima molecula desse dominio urn
pequeno pedar;o continuani com dais polos, Figura 1.2. A nomenclatura dos
poJos foi estipulada considerando que urn dos lados do irna sempre aponta para
o Polo Norte terrestre.
o lIorte do ima sempre indica
Figura 1.2
a diret;l1o do norte geografico do Terra.
Este fato levou 0 eientistalmedico Ingles Willian Gilbert a publicar seus
primeiros trabalhos, pOT volta de 1600 d.C. , afinnando que a Terra compor-
tava-se como urn gigantesco ima.
Urn ima, na prescnCa de outro, pode comportar-se de duas maneiras:
exerccndo uma forr;a de atrar;ao ou uma [orca de repulsao. Se os polos norte
dos dois imas sao aproximados, haveni uma forca de repulsao. De igua l modo,
se os polos sui sao aproxirnados, tarnbem haveni uma fOTya de repulsao, Figura
1.3. Quando polos opostos dos dois imas sao aproximados, ocorre uma forca de
atracao.
E::III
-
F
Figura 1.3
& Maquinas Elerricas
.... , ... ......... ........... .. ..... ....... ........ .......... ... ... .. ... ... .. '.
Como oeorre essa fOf(ya de atrac;ao au repulsao? Se observarmos as linhas
em dois polos norte de dais imas, por exemplo, veremos que e1as saern dos
imas e em eontraposil(ao, se aproximannas os dois imas, haveni repulsao.
Figl/ra 1.4
As linhas de forrra ao redor de todo
o corpo do imii viio do
polo norte para 0 suI. Note 0 aspecto
Iridimensional do campo.
As linhas de forc;a sao invisiveis, mas urn pequeno ensaio pode possibilitar
a visualizal(ao do seu percurso. Com uma [olha de papel , urn frua e urn pouco
de limalba de ferro e passivel observar a prcsenc;a das linhas de forr;:a ern torno
do ima. Mantenha a ima embaixo da foLha com as polos na horizontal, espalbe
uma pequena quantidade de limalha sobre a folha ao redor do ima a partir das
suas extremidades. A limalha deve se alinhar sob orientar;:ao das linhas de forr;:a
do campo magnetieo do ima, Figura 1.5.
Figura 1.5
Debate: 0 ima tern dais palos, norte e suI. 0 polo norte aponta na direC;3o do
norte geografico da Terra, mas segundo as experimentos, isso seria impossivel, ja que palos iguais se repelem. Este questionamento e valido se parannos a
leitura, mas as linhas seguintes trazem outra possivel resposta.
_____ ~1.~3'"'. ~aignetismo te stre
Quando 0 eientista Gilbert iniciou seus estudos, ele deve ter se deparado
com esta questao. au a proprio questionamento em si deu inicio aos estudos .
. .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . "!.~~~~~i~"!.~ ~. ~~~/~~~~~~~~i~~~~ ........ .. . . .. • ..•. . .... 10
Isso pode ser esclarecido com uma pesquisa profunda da vida e do trahalho de
Gilbert, mas sem a pesquisa podemos deduzir que, scculos antes dos resultados
dos trabalhos de Gilbert, a rnagnetita era utilizada peJos chineses como bussola,
pois urn dos lados sempre apontava na mesma dires:ao, 0 norte. Par que nao
nornear 0 lado da magnetita que aponta para a Norte como Norte e a outro lado
como Sui?
Ap6s 1600 d.C., com novos fundamentos do rnagnetismo em maos, a
Terra passa a ser vista como urn gigantesco ima, mas seguindo os mesmos fun~
damentos, descobre~se que 0 norte geognifico esta pr6ximo do sui magnetico
desse ima e 0 sui geogrMico do norte magnetico. Figura 1.6, 0 que justifica a
cornportarnento da bussola. 0 que voce acba?
Lembre-se tambeDl de que 0 norte e a suI geogrMicos sao as dais extre-
mas do eixo sob a qual a Terra realiza seu movimento de rotaeao.
Unhas de fOfl1Cl do
campo magnjjtico
Sul geogrfilloo
Figura 1.6
Observe a disliincia entre 0 norie geognifico e 0 suI
magm!lico. t correia apon/ar a imprecisiio da
bl/sso/a, ohservando que hii IIIna diferem;.a de
aproximadamente 30° no pape/. Na realidade, a
diferem;:a entre 0 norte apo/1tado pela busso/a e 0
norle geografico depende da sua pasifiio na
superficie da Terra, sendo a distiincia entre os dois
cerca de 1.600 Km. OUlr01010 a considerarl! sua
inC/inw;iio na supeljicie terrestre. Exemp/o: em
Eureca, no Canada, a inciinafiio atinge 98°.
Para uma Irilha na mota lima blisso/a e muilO uti!,
mas para OUfras atividades. como navegafiio, a
leitura da hl/sso/a comum deve ser acompanhada da
leitura de lima busso/a tie inC/illafiio, que mede a
inclinafiio de sua posifliO no s/lpeljicie. Co/ambo
Coslumava ler "as CSlrelas" em conjllnlo com a
Mssola para navegar. Awalmente, 0 sistema GPS
fa:!. muito mais que isso.
Por que nao e aconselhavel realizar a leitura de uma bussola na vertical?
Voce ja fez esta pergunta? Alem da inclinas:ao magnetica, os futuros aventu-
reiros devem estudar tam bern a respeito da dec1inaC;3o magnetica, que dependc
de fatores geo16gicos.
aralela de imlis
Se imas exatamente iguais forem postos lado a lado, temos duas situac;oes
possiveis:
0l. ...... , ... ........ .. ....... , .. ~~~~i~.~. ~~~~:~~.~ ............. . ..... . .......... .
1) Paralclo: os dois nortes se encontram e temos uma soma dos efeitos
produzidos individuaLmente.
2) Antiparalelo: 0 norte de urn dos imas coincide como 0 sui do outro.
Neste caso urn irna anula 0 efeito do outro e vice-versa.
1.5. Magnetiz~,-"i,,"o __
o ima natural mais conhecido e a magnetita, mas por volta de 1820, 0
fisico Frances Arago descobriu que 0 ferro tambem podia ser magnetizado. De
fato, alguns profissionais da area de eletricidade e eletr6nica podem teste-
munhar este fato. Hastes de chaves de fenda expostas durante algumas horas a
urn forte campo magnetico adquirem a capacidade de atrair pequenos metais,
como parafusos e prendedores de papel.
Isso ocorre porque as moleculas do material exposto sao for~adas a se
orientar segundo as linhas de for~a do campo magnetico, pennanecendo assim
mesrno ap6s cessada a for~a orientadora. A haste da chave de fenda agora tern
urn grande grupo de molcculas orientadas e adquire propriedades magneticas
como urn ima. Daremos nome a esse efeito mais a frente.
______ 1"'."'6'-. D=es",m",agnetiza~,-"io,,-__
Para desmagnetizar urn material, e preciso devolver a desordem as
moieculas desse material. Duas maneiras rusticas conhecidas, para agitar as
molcculas, podem ser utilizadas: aquecer 0 material a uma detenninada tempe-
ratura ate atingir a chamada temperatura de Curie ou bater no material,
seguidas vezes, com uma marreta, provocando desestruturayao e aquecimento.
Se preferir urn jeito classico, c preciso gerar uma forya magnetica de
polaridade
inversa a magnetizadora para produzir a desmagnelizayao. Claro
que isso nao sera laO simples na pratica como na teoria, mas pode ser feito.
Material Ponto Cu rie
F,ITO 77(J'C
Cobalto I. 14(J'C
Niquel 358"C
Magnctila 585'C
................. ........ ~~~~~~"!.~ ~.~~~/~~~~~~~~i~~~ .......... . .....•....... 10
1,7 0 gigantesco i1na e 0 cal()r em eu cenJ
Sceulos allis, a teoria de que a Terra comportava-se como urn grande ima foi
introduzida no corayao da humanidade. luntando esta teoria as Qutras respostas
experimentais alcanyadas, chegamos a urn grande impasse: 0 calor e urn meio
eficiente de desestruturar as moleculas em urn material. Como, entaD, a Terra
pode manter-se como urn gigantesco ima, tendo seu centro extremamente quente?
A resposta a esta pergunta [oi dada por outras teorias, que nao desmenti-
ram Gilbert. A Terra de fato comporta-se como urn ima, mas urn fisico alemao,
Karl Friedrich Gauss, por volta de 1850, rnostrou que 0 campo magnitico da
Terra poderia originar-se de sell centro. Walter M. Elsasser, fisico americano,
em 1939, sugeriu que 0 campo magnitico da Terra seria resultado das correntes
geradas pelo movimento do nucleo liquido de ferro e niquel no seu interior.
1.S. Ti OS de material
Com relaryao a propriedades magneticas, na natureza podemos encontrar
tres tipos de material: ferromagnetico, paramagnetico e diamagnetico. Os
matcriais ferromagneticos sao fortemente atraidos par fmas. Dentre eles
podcmos citar ferro, ayO, cobalto, niquel. Atualmente, devido ao interessc dos
fisicos par esses materiais ao longo dos anos, podemos encontrar imas
artificiais, desenvolvidos com material ferromagnetico, como as imas de alnico
(liga de AI, Ni e Co), com espICndida forya magnetica.
Os materiais paramagneticos sao fracamente atraidos par imas de grande
poder magm!tico. Podcmos citar como exemplos a madeira, 0 aluminio e a
platina.
Os materiais diamagneticos sao aqueles ligeiramente repelidos par imas, par
exemplo: ouro, cloreto de sodio, zinco, mercUrio.
1.9. Grandezas magneticas e uni
Este topico e extremamente importante. pois traz aos conhecimentos
adquiridos anterionnente dimensao, isto e, trataremos das propriedades fisicas
dos imas, suas grandezas e unidades de medida. Encontramos unidades nos
sistemas SI, CGS e MKS em manuais de fabricantes e livros didaticos.
Anteriarmente nos referimas ao campo magnetico do fma, mas se
tivessemas de defini-Io, diriamos que e 0 espaya em que a forrya magnetica
atua. A fanna desse campo e representada par linhas de campo que, confarme
vimos em figuras anteriares, dirigem-se do polo norte para a polo sui do ima. 0
C§L .......... ... ... ............. . ~~~~i~.~S. ~~~~r.i~~~ . . ...... . .. • .. ... , . ... • ..•..• . .
nurnero total de linhas do ima denomina-se "fluxo de indu'Yao magnetica", ct>,
e sua unidade no Sistema Internacional eo weber (Wb). No CGS a unidade e 0
maxwell (lMx ~ 10- 8 Wb) .
As linhas ao redor do ima, cortando 0 ar, encontram "resistencia/oposit;:II.o".
Existem materiais com urna boa "condutividade" magm!tica, baixa "resistencia"
as linhas, c outros com uma pessima "condutividade" magnetica, que ofereccm
"resistencia".
A essa "condutividade" da-se 0 nome de permeabilidadc magnetica, fl.
Essa unidadc indica 0 grau de rnagnetiza.;ao do material. No vacuo, a pcnnea-
bilidade magnetica vale:
~O ~ 4n x IO-7 T · m I A ~12,566 x lO-7T · ml A (~'" ~O).
Pode-sc deduzir que, se urn material e ferromagnetico, ele tern excelente
permeabilidade rnagnetica. A tabela a seguir traz a permeabilidade rclativa de
alguns materiais. Multiplicando esse valor pela permeabilidade no vacuo, obtem-
se 0 valor de fl.
Materia l ",
Diamagneticos
Duro 1-35· 10 '
Mercurio 1-12· 10- 6
PraIa 1-20· 10- 6
Agua 1-175 . 10- 6
Zinco 1 - 10 . 10- 6
Paramagneticos
Aluminio 1+22 ' 10 6
Pa13dio 1 + 690, 10- 6
Platina 1+330· 10 '
Oxigenio 1 + 1,5· 10- 6
Ferromagm!licos
Cobaho 60
Niquel 50
Ferro fundido 30 a 800
A,o 500 a 5000
Ferro para transformador 5500
Ferro muilo puro 8000
Metal urn (Ni+Cr+Cu+Fc) 100000
A permeabilidade e cafcu/ada, utilizando a
lobe/a 00 {ado, do seguinte Janna:
JI = WXJIO
Se 0 malerial ferromagm!tico utilizado
Jar chapa de ferro de exce/enle
qua/idade. (eremos:
pr "" 8000
No vaclloJlO == 4"x/O- 7 r ·ml A
Porfalllo,
JI ""wx JlO
p==o,O/Or·mIA
Dbservar;i'i.o: Valorcs para 0 SI.
Magnelismo e Eletromagnetismo f2i\
... ............. .... ... ~
Vma grandeza importantissima e a densidade de fluxo magnetico ou,
simplesmente, indu~ao magnetica B. Essa grandeza expressa 0 nurnero de
linhas de fluxo por sec;ao/area. Com ela e possivel justificar por que 0 campo
magnetico em urn ima e maior nas extremidades. Sua unidade de medida no
Sl e 0 tesla (T), no CGS eo gauss (IG ~ 10-4 T) .
o fluxo magnetico pode ser calculado pela equac;ao:
<D~BxA
Em que:
• B e a densidade de fluxo em weber/rn2 ou tesla
• A e a area da superficie estudada em m2
• <I> e 0 fluxo em weber
NoCGS:
• B - gauss
A-crn2
• <I> - maxwell
A forc;a de atrac;ao de urn ima pode ser aproximadamente calculada pela
equac;ao seguinte e depende da densidade de fluxo B e da sec;ao transversal A
do irna (unidades do CGS):
F(N) ~ B'(G)x A(cm')
2549400
Sendo:
•
•
•
F em newtons
B em gauss
A emcmz
I I B'(G)x A(cm')
> x--x
10000' 10000 2 x ~ar
Na equac;ao original temos B em tesla, area em rn2• Como imas comerciais
utilizam gauss e cmz, a equac;ao e adaptada, conforme demonstrado anterior-
mente. Considere l1ar = 12,747. 10-7 T.mlA (aproxirnadarnente 110).
Aplica~ao: A forc;a aproximada de urn irna cilindrico de neodimio de 1 cmz de
area e 12000 gauss e de 56,SN, aproximadamente 5,8 Kgf.
C§L ............ ...... .... ....... . ~~~~i~.~S. ~~~t~.i~~~ .. ......... . . ... . .. ... ...•..•. .
1.10. Eletrostatica
Estc livro n~o tTabalha eletrostatica, mas [oi acrescentado este tcpieD devi-
do it estreita liga9i1o entre efeitos magneticos e efeitos entre cargas elctricas.
Tambem e verdade que numa visao microscopiea temos efeitos eletrostaticos
em diversas situ8!yoes em maquinas e letricas, mas isso e alga complcxo demais
para 0 proposito deste livro, enHlo vamos nos limitar a algumas infonna90es
preciosas com rela~ao a este assunto.
Alguns conceitos no estudo do campo e1etfieD sao parecidos com as
conceitos do magnetismo, como atra9ao e repu!siio entre cargas e 0 mcio de
intera9ao entre cargas eietricas, mas e outro ramo da fis ica, fundamentado no
esrudo dos eietrons, enquanto 0 magnetismo estudado ate aqui esta fundamen-
tado na teoria dos dominios (molecular).
Ao estudannos eletromagnetismo, como 0 proprio nome da ciencia diz,
existe a possibilidade de a indw;:ao magnetica agir sobre cargas elctri cas no
material e veremos que cargas e\ctricas em movi mento dao origem a urn campo
magnetico. Enfim, sao tres os campos diferentes: campo magnetico, campo
eletrico e campo eletromagnetico. Pense sobre isso.
1.11. Eletromagnetismo
Seculos se passaram. A eletricidade [oi descoberta e comcyOu a sec objeto
de curiosidade dos cient istas e estudiosos da cpoca. Alessandro Volta construiu
a primeira pilha eletrica, Andre Marie Ampere iniciou suas teorias sobre a
corrente de eletrons, entre outras atividades irnportantes da epoca.
Por volta de 1820, 0 fisico dinamarques Hans Cristian Orsted fez urn
experirnento simples que certamente [oi 0 ponto de partida para a evolw;:ao
tecnologica que alcanyamos hoje. Orsted queria provar a relayao entre a
corrcnte c1etrica e 0 magnetismo. Ele deve ter observado alguma aJterayao da
ind icaCao de uma bussola, a qua l estava proxima de urn circuito eletrico. Para
provar a relay30 entre e1etricidade e magnetismo, ele se utilizou de urn c ircuito
parecido com ° represcntado na Figura 1.7:
Corrente ekHrica ,---~N:
Campo produzido
Figura 1.7
........... ... ........... ~~~~~i~"!.~ ~. ~~~l~~~~~~~i~~~ . ..............•..• . .... §
Quando 0 interruptor e acionado, urna corrente eJerrica percorre 0 condu-
tor no sentido eletronico do - para 0 +. Uma bussola apontando 0 norte e com a
agulha paralela ao condutor perdeu totalmente a sua orienta~ao ao ser acionado
o intcrruptor. Esse experimento de Orsted deu origem a urn dos importantcs
fundamentos do elctromagnetismo: quando por urn condutor circula uma
corrente de eletrons, surgem ao rcdor desse condutor linbas de campo magne-
tico, Figura 1.8. Faltava definir a orientayao do campo ao redor do condutor.
+
Figura 1.8
Na Figura 1.8 IItilizamo.~ 0
semido convencional da corrente
eletrica. Para 0 sentido eletrOnico,
real, inverta a polaridade, 0 semido
da corrente e a diret;ao do campo ao
redor do condillor.
o fisico frances Andre Marie Ampere, que continuou a desenvolver
estudos da relay30 entre eletricidade e magnctismo, em 1826, lanyou uma
tcoria em que, segundo ele, todos os fenomcnos eletricos, do magnetismo
terrestre ao eletromagnetismo. derivam de urn principio unico, que e a ay3.o
mutua de correntes eletricas. Grande sujeito!
Do trabalbo de Ampere surgiu a lei de Ampere, a regra da mao direita para
o sentido convencional e a regra da mao esquerda para 0 sentido eletronico da
corrente, que pcrrnitem, finalmente, definir urn sentido para 0 campo magnetico
ao redor do condutor percorrido por uma corrente e1etrica. Figura 1.9.
Figura 1.9
" Sentido do
<""PO
Ii importante salientar que, enqllanto a
corrente "i" for fixa. a campo magnt!tico
"B" existira, mas nao sera variave/,
partama so lIa varia{:oa do campo
eletrumagm!tico .\·e a corrente variar.
Veremus {l imporrallcia desfe conceito mais
adiante, quando tratarmas do segundo
/undamento mais importante do
eletromagnetismo.
o polegar indica a sentido da corrente e os dedos restantes, 0 sentido do
campo magnetico.
& .. , .......................... . ~~~~i~'~S. ~:~~r~~~~ ........ . , ....... ...... .... .
_____ l~12~Bobinas ou indutores
Podemos definir como bobina ou indutor urn dispositivQ constituido de tio
magnetico esmaltado, enrolado em [anna de espiras, em volta de urn Dueleo.
Em alguns indutores esse nuelea pode ser 0 proprio aT.
A finalidade da construyao de indutaTes pode seT vista na Figura 1.10.
Figllra 1.10
Observe que a bohina represenlada
tern como nucleo 0 proprio ar.
Existem siruot;oes em que a
penneabilidade do ar noo e
suficiente para 0 efeito desejado do
babino, entcio recorre-se a um
fluc!eo com me/hor penneabilidade.
Ao redor de cada condutor au espira que fanna 0 indutor, quando ba
passagem de uma corrente de eletrons, surge urn campo magnetico. Fica claro,
na figura, que as campos magneticos individuais se associam, fonnando 0
campo magnetico total da bobina. Observando a Figura 1.10, tente deterrninar
os polos magm!ticos da bobina. Utilize 0 sentido convencional para a corrente e
a regra da mao direita. Lembre-se de que as linhas vao do norte para 0 suL
Podemos calcular a intensidade do campo magnetico produzido par uma
bobina com a formula:
Sendo:
H = Nx I
I
• N = nfunero de espiras
• I = corrente eletrica cm A
Nx I = H xl
• H = intensidade do campo em Ae/m (ampere-espira por m)
• I = perimetro do meio magnetico em m
A forrya magnetomotriz, fmm, e a dada por N x I, portanto a intensidade
do campo pode ser definida como a fo rrya magnetica dividida pelo compri-
mento do campo ou bob ina. E correto observar que quanto menor 0 compri-
mento da bobina, mais concentrado 0 campo e maior a intcnsidadc. Se
Magnelismo e Eletromagnefismo f2s\
............ ....... .... ~
quisermos uma bobina mai~r, para manter 0 mesmo campo, temos de aumentar
o numero de espiras ou a intensidade da corrente.
Podemos tambem calcular a indu~ao magnetica em uma bobina pcla
equa~ao:
Sendo:
B = "N_x -=1_X---"fl
I
• B = indu~ao magnetica em tesla
• I = corrente eletrica em ampere
• fl = permeabilidade (T ·m! A)
• I = perimetro do circuito magnetico em m
A intensidade do campo H produzida nao depende do meio, mas a densi-
dade de fl uxo B ou indu~ao magnetica sim, sendo utilizada a permeabilidade J.l
em sua f6rmula.
Em eletricidade aprende-se que a corrente eletrica procura sempre 0
melhor caminho, ou com menor resistencia, por isso os condutores de eletri-
cidade possuem baixissima resistencia. Inclusive, cientistas ja desenvolveram 0
supercondutor.
As linhas de for~a do campo magnetico seriam melhor aproveitadas,
produzindo maior indu~ao, se atravessassem urn meio melhor que 0 ar, com
maior permeabilidade (condutividade magnetica). E onde eotram as cbapas de
ferro que formam 0 nueleo dos transformadores, 0 interior dos motores e os
nucleos de ferri te de indutores uti lizados em equipamentos de transmissao,
entre outros.
meiQ rna neticQ
Para tomar 0 calculo de densidade 0 menos impreciso possivel, geral-
mente se faz usa do calculo do peri metro medio do circuito magnetico. Isso
pode ser melhor observado com urn exemplo simples. Suponhamos urn meio
magnetico com a seguinte configura~ao:
Maquinas EMlricas
... ...... ......... ..... .......... . -......... ... . -... ... ... ... .. .. ....... .
A
- --------------------------.
-------------------------, :
, ,
::
::
A'
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
S' 1 i s
, ,
, ,
, ,
, ,
': , : : '. , . ,
" , . , i ~-'-::::::::----::----:::--:::::::~- :
---------------------.---------
A - 30 em ex:rerno
B = 25 em
A' = 20 em inlerno
B' =f5cm
o perimetro medio seria a media da soma
do perimelro inrerno com 0 exlerno.
Pinr "" (20+15) x2 = 70cm
Pext =(30+25)x2 = flOem
PmMio =90em
Caleula-se entao B utilizando 0
perimelro medio.
Exemplo: Se N = 30 esp, 1 = 2 A, nue/eo de avo eom flY = 700,
leriamos B = 0,06 T aproximadamente.
Este e urn circuito magnetico linear, pois nao [oi considerada a curva de
magnetizaryao do material, adotando-se uma penneabilidade constante. Nesse
tipo de circuito calculamos B aplicando diretamente a equayao dada, mas a
maioria dos circuitos magneticos depende das curvas magneticas dos materiais,
Figura 1.1l.
ro
Mantendo constante H, isto e, nao alterando 0 numero de espiras nem a
corrente que passa atraves delas nem 0 comprimento da bobina, se introduzir-
mos urn nucleo de ferro, a indwyao sofre acrescimo de acordo com a qualidade
desse nueleo (maior permeabilidade). Em outras paJavras, quanta menor a
numero de Iinhas desperdiryadas, maior a densidade.Veja as curvas da Figura
1.11.
Uma aplicaryao pnitica que comprova a melhor conduryao das linhas no
ferro do que pelo ar e a construryao de urn pequeno eletroima. Com cerca de
cinquenta centimetros de fio esmaltado W' 21 , urn prego e uma bateria, pode-se
construir urn eletroima experimental, Figura l.12.
E preciso fazer duas observayoes. 0 eletroima em questao e alirnentado
por uma fonte de corrente continua, portanto nao ha problemas de induyao de
correntes parasitas no nueleo, que veremos ad iante. A segunda observa~fio e
que temos urn eletroima ou urn imfi a partir da eletricidade. Sendo urn lma,
podemos e devemos determinar os seus polos magneticos. Como fizemos com
a bobina, devemos observar 0 sentido convencional da corrente e a partir deste
detenninar a extremidade em que as linhas de for~a saem e entram .
.. .. .. ... .... . . .. . .. .. .. . ~~~~~~i~"!.~ ~.~~~f~~~~~~~~i:~~ ............ ............ §
1.
1.
1.
1.
4
3f-
2
1
9
8
7
'" 0_6 i 0.5 0.4
0.3
0.2
o 1
o
!.?
lJI~inas de
a<;o siUcio ~ .-
V
./
/
Aso-C<l ~"~" ./
II /
II
I Ferro-atrbono
B'
V
1/ V
200 400 500 800
Intensidade de CamJXl H {AeJrn)
Figura ,. /I
Figura 1.12
1000
Para as valores iniciais de H a induriio
B sobe rapidamenle, mas depois hti uma
curvo acentuada e B praticamenle e
constanle. Quando mesilla aumentando
o fluxo a densidade magnifica nao
Gumellla mais, Ii porque 0 Ilumera de
linhas de furra por area no material
alingiu seu maximo. Neste cam dizemos
que 0 mic1eo esfa salurado.
Enrole 0 flo em forma de espiras ao
redoy do prega, como no figura.
Se retirado 0 /Ilk/eo de jerro, popel
feilo pela prega, mio haven:1 atra<;iio de
nenhum dol' prendedores de popel
moslradas nafigura, pois a induriio
magne/jea e reduzida. Lemhre-se de que
indUl;iio Ii 0 mimera de !inhas por area
e se jizermos lima comparar;iio com a
regiiio magneticamente mail' forte em
um imii, vamos IIO/or que e onde
as linhas mail' se concentram,
Note que isso depende do sentido do enrolamento. Por exemplo, se 0
senti do do enrolamento for honirio, do polo positivo para 0 negativo, na extre-
midade positiva temos 0 polo suI, Figura 1.3.
Dutra regra e obter 0 norte apontado pelo dedo polegar da mao direita,
enquanto os outros dedos seguem 0 sentido convencional da corrente. Para 0
sentido e1etronlco utilize a mao esquerda,
0L .............................. ~a.~~j~l,~, ~~~~r!~~ , ... ... .. , .... ' ........ , . , .... .
Figura 1.13
1.15.
fnvertendo 0 selllido do enrolamell1Q,
invertemos os polos. A regra e: senfido
hororio do enrofamento, polo +,
norte magm?tico.
Quando 0 campo magnetico em urn material e aumentado ate a sua saturac;:3.o
e em seguida reduzido, a densidade magnetica B nao acompanha a reduc;:ao do
nuxo H. Sendo assim, quando H chegar a zero, ainda existira uma densidade
magnetica remanescente no material (remanescencia ou remanencia).
Para anular B, c necessario aplicar no material urn campo magnetico de
polaridade oposta ao causador da remanescencia inicial (ror~a cocrcitiva).
Aumentando 0 campo - H contrArio, a remanescencia positiva, Br +, vai ate zero,
mas 0 material se magnetiza com polaridade oposta se continuannos a aumentar
H, com densidade - B. Se aringida a saturaC;:3o, h.a uma remanescencia negativa,
Figura 1. 14. Se hOllver rernanescencia negativa, para elimina-la 0 processo e 0
mestnO. E precise aplicar urn campo magnetico H positivo ate zeni-Ia.
o fato importante e que, enquanto aplicamos 0 campo para anular a
remanescencia, a densidade correspondente a esse fluxo ainda nao existe,
porque a remanescencia provoca urn atraso na densidade magnetica. A cste
atraso entre H e B chamarnos de histerese magnetica.
A fon;a coercitiva pode vir como qual idade do material, em que veri fica-
mos se ele tern maior ou menor coercividade .
•
• ,I/ _.Acr
Figura 1.14
H
No figura observe que 0 campo inicial
parte de 0 produzfndo B de 0 aojinal do
Cllrva. Ao aplicar campo magnerico
contrario - H. -8 correspondenle 0
-If cresce apenas apos anutoda 0
remanescellcio Br. fssa se chama
histerese.
Magnelismo e Elelromagnerismo f29\
.... ....... ..... ................... ....... .. .... ....... ..... ........... .. ..... ~
1
A relutancia pode ser definida como a oposi~ao oferecida pelo conjunto
farmadar do caminho magnetico it "passagem" do fluxa magnitico. Ela pode
seT expressa pelas formulas seguintes, uma relacionando comprimento, per-
meabilidade e se~ao, e Dutra a forya magnetomotriz e a fluxo.
seodo:
I Rm ~ -- Ae/Wb au
~xS
Rm _ Flllill_ NxI ------$ $
• 1 - perimetro do meia magnetico em m
• fl- permeabilidade do meia magnitico T.rnIA
• S - area do meia magnetico ern ml
• Rm - relutancia em AefWb
o fluxa em urn circuito magm:tico pode seT detenninado dividindo Fmrn
pela Rm total, semelhante it lei de Ohm.
1.17. Circuito mag~""e,-,ti",' c"'o'-____ --'
No centro dessa quantidade de grandezas diferentes, e dificil fixar 0 sentido
de cada uma delas rapiciamente. Alga que pode ajudar, apesar de ser mais uma
informal(ao, e a constrw;ao de circuitos rnagneticos equivalentes. Podemos esta-
belecer urna analogia entre circuito eletrico e circuito magnetico para facilitar
ainda rnais 0 entendirnento. Observe 0 seguinte quadro de grandezas:
Eletromagnetismo Eletricidade
Forrya magnetomotriz Tensiio eletrica
lntensidade de fluxo Tntensidade de corrente
Relutancia Resistencia eietrica
Penneabilidade Condutividade
Perrneancia Condutancia
Com as equiparayoes do quadro voce seria capaz de montar urn circuito
elt~trico que representasse 0 eletroima da Figura 1.12.
0L ..... ...... ... .. ... ..... ...... ~~~~i~.~. ~~~~r~~~~ . .... . ..... . .. . . . ..... ... •..• . .
1.18. Indo 30 mag,~n""eti,,'c,,,a,-____ ---,
o primciro fundamento do eletromagnetismo voce ja canhece e esrn ligado a
passagem de corrente em urn candutor que faz surgir, ao redor de todD condutor,
linhas de campo magm!tico. Este fundamento e especiaimente importantc para
entendennos como funcionam as eletroimas e indutores de corrente continua e
comc9annos a dar a impomncia ideal aos fenomenos eietromagneticos.
o segundo fundamento do eletromagnetisrno leva a entender como funcio-
nam as transformadores e as geradores el6tricos. 0 fundarnento trata do movi-
mento de urn condutor elrttrico no interior de urn campo magnetico au a rnovi-
rnentay30 de urn campo magnetico, tendo no seu interior urn condutor eletrico.
Por volta de 1831, a cientista ingles Michael Faraday apresentou uma sene de
trabalhos em urn volume intitulado "Pesquisas experimentais em eletricidade".
Nesse material estavam os ensaios que comprovavam os fenomenos de indU(;ao.
Faraday havia descoberto que,
ao aproximar urn ima de uma
bob ina conectada a urn galvano-
metro, mesmo sem bateria conec-
tada ao circuito, havia 0 apareci-
mento de uma corrente eIetrica. 0
mesmo acontece se aproximannos a
bobina do ima, Figura 1.15.
Movimenlo
(s 1m' NO
\
imii. produzindo 0
campo magn~tico
Figura U5
Galvan6metro
Condulor
"Movirnentando urn condutor, proximo a urn campo magnetico, surge nas
extremidades do condutor uma tensao induzida, que produz uma corrente
induzida se 0 circuito for fechado."
A corrente induzida pode ser observada pela altera<;ao no galvanometro,
mas cessado 0 movimento do condutor, cessa a indu<;ao de corrente.
o procedimento contirio tambem pode induzir corrente:
"Movimentando urn campo magnetico proximo a urn condutor, surge nas
extremidades do condutor uma tensao induzida, que produz uma corrente
induzida se 0 circuito for fechado."
Voce deve ter notado uma constata<;ao universal: uma descoberta desenca-
deia outra. Assim e quando come<;amos a estudar eletricidade e magnetismo.
Precisamos entender muito bern todos os conceitos para continuannos a
evoluir. Se desprezar algo ou deixar passar em branco, fahara mais a frente. 0
segredo e estudar, pesquisar, conversar sobre 0 assunto .
. ... ... .. . .. . . .... . .. . . .. ~~~~~~j.~"!.~ ~.~~~t~~~~~~~~i~~~ . ...... " ......... . ..... B
ElelrofmA
Figura 1.16
\ '
Movimenlo do
condulor
Niio houve problemas ao subst;tu;r
o ima por um elelrofmii.
Os pr6ximos capitulos aplicam estes conhecimentos, associados a outros,
para entender como certas maquinas funcionam. Por enquanto, nao deixe de
fazer os exercicios propostos neste capitulo.
Urndadc Simbolo CGS SI Conversao
Fluxo magnetico
'"
Maxwell Weber l Mx = lO-8Wb
Densidade de fl uxo B Gauss Tesla (lG = l O-4 T)
Permeabilidade
"
Gauss/Oersted T ·m /A ,
Relutancia Rm AIMx A/Wb ouH-1 AlMx = N I 0-8 Wb
Campo magncrico 'H Oersted Aeim IOe - 0,796Afcm
Quadro comparativo de ullidades
1) A intensidade H pode ser dada simpiesrnente em Aim;
2) No COS, no
vacuo, ~= I, portanto
1 gauss/oersted = 41C x 10-7 T . m / A;
3) Industrialmente a penneabilidade pode ser encontrada em henry/m;
4) Penneabilidade no ar iguaJ aproximadamente a do vacuo.
Observacao
Podem ser utilizados os dois sistemas (SI e eGS) para realizac;:ao dos calculos,
tomandcrse 0 cuidado de utilizar as unidades de urn unico sistema apenas nas
formulas. Se necessario, fa93 a conversao antes. Em teoria 0 SI deveria subslituir 0
eGS, mas muiias pesquisas e equacionamenios importanles foram realizados no
antigo eGS, portanto e born nao estranhar ao se deparar com unidades do eGS ao
consultar urn livro antigo. A1em disso, nao se surpreenda se encontrar unidades
quantilativamente iguais, mas com nomenclaturas diferenles em livros traduzidos.
0L ............... .. ... .. ... _ .... ~~~I~i~.~S. ~~~~i~~ ... .. ... . . .. .. ...•..•..........
__ 1.19 Eletroima em corrente altern ada
Muitos estudantes relatam que, ao construir eletroimas e alimenta-los com
corrente altcmada, ocorrc vibra!1ao na atra~ao desse elctroima exercida sabre
uma lamina de metal. 1550 acontece porque a corrente altcrnada produz urna
for~a magnetica au campo magnetico no eletrofma pulsante. Essa PUiS8'Yao e
responsavel pela vibrayao.
Para reduzir esss vibray<1o excessiva, nos eletroimas industrializados,
como bobinas de contatores, por excrnplo, pode-se encontrar aneis nas
extremidades do Duelee de ferro. Nos antis sao induzidas correntes pete campo
principal, as quais produzem urn campo defasado do campo principal, respon-
savel pela [ory8 de atrayao entre as pulsac;oes do campo principaL Esse campo
derivado reduz satisfatoriamente a vibracrao sentida em urn eletroima em
corrente alternada e justifica a utiliza~ao dos am!is.
__ -,1",.20. Exercicios de tIxa~ao
I) Onde [oi descobcrto 0 primeiro mineral com propriedades magneticas
equal 0 nome dado a ele?
2) Defina magnetismo.
3) De onde surge a propriedade magm!tica dos imas?
4) Descreva como acontecem as fon;as de atra930 e repulsao entre doi s
imas.
5) Como anu lar 0 campo magnetico de urn ima?
6) Por que 0 norte da agulha da bussola aponta em direcrao ao norte
geognifico da Terra?
7) Defina materiais ferromagneticos, paramagneticos e diamagneticos.
8) 0 que e fluxo magnetico e qual a sua unidade de medida no SI?
9) 0 que e densidade magnetica e qual a sua unidade de medida SI?
10) 0 que e permeabilidade magnetica?
II) Defina eletromagnetismo e 0 seu primeiro fundamento.
12) Descreva a experiencia feita por Orsted para comprovar a Telar;:ao
entre eletricidade e magnetismo.
13) Que sao bobinas au indutoTes c qual a sua finalidade primaria?
14) Qual a fmalidade do nucleo de ferro em urna bobina?
.......•....•..•.. . ...... ~~~~~~i~~~~ ~.:~~t~~~~~~~~i~~~ ........................ B
] 5) Como determinar os polos rnagneticos de urn eletroirna? Fac;a urn
desenho que demonstre como executar esta tarefa, auxiliando sua
resposta tearica.
16) Defina remanescencia e histerese.
17) Quando ocorre a saturac;ao do nucleo de ferro magnetico de uma
bobina?
18) Descreva indw;ao magnetica e seus fundarnentos.
19) Calcule a for~a de atra~ao de urn 1ma com as seguintes caracteristicas:
B = 2.000 gauss, sec;ao = 2,5 cro2, ima em forma de ferradura
20) Calcule a £luxo magnetico em urn ima corn as seguintes carac-
teristicas:
B ~ 0,5 T, A ~ 5 emz
21) Calcule a densidade magnetica de uma bobina corn as seguintes
caracteristicas:
N = 1.000 espiras, I = 5 A, L = 100 cm, nucleo vacuo
22) Para 0 circuito magnetico seguinte responda as qucstocs:
a) Se 0 material utilizado para constru~ao do nucleo fosse a~o
silicio e a bob ina produzisse urn fluxo magnetico de 200 Ae/rn,
qual seria a densidade de fluxo? Utilize as curvas de magneti-
zac;ao da Figura 1.11.
b) CaJcule 0 fluxo rnagnetico total, considerando as dimensOes do
meio rnagnetico e os dados apresentados no quadro ao lado da
figura . . (Calcule Rm total do circuito e utilize <D=FmmIRm)
c) Calcule a densidade de fluxo total do circuito rnagnetico utili-
zando os dados do quadro scguinte.
i [:~: ::::::: ::::::::::: ::::: ::: i 1
I I I I I I
I A' : : : g ", , " ~ ", E u : ~ :T : ~ ", E s' : : : B
-m,-+t , , '
I ,: I I I I
I, ; I ' I I
I, I , I I : ~ -.... -------------------------------------------------.~. : :
----_._-----------------------_.
Dimensoes: A = 40 em B = 30 em
A'=30em B'=20cm
Ser;o(} au Area = /00 em l
Meio ar: 5 em
N = 1200 espiras
r = /,7 A
Permeabilidade rela/iva do material
f.lY = 1700
Permeabilidade do ar = 1-'0
f34'\ Maquinas Eie/ricas \.:::L.... ..........•....... •..•.......... ... .. .. .. .. ............•..• .. •.. •.•.. •..•... .•
Transformador Monofasico
____ • ___ ... 2",-.1~ . . Introdu,.",a,,-o_~~_
o prirnei ro equipamento a sef estudado, largamente empregado na vida
medem a, tanto nas industrias como no cornercio, distribui~ao de energia e nas
residencias, e 0 transformador. Muitas vezes a aplica~ao a que ele sc destina
acompanha 0 nome, como, por exemplo, transfonnador de medi~ao, trans-
fannadar de corrente, transforrnador de RF, transformador de pulsa etc. Alt~m
disso, 0 transformador pode ser isolador ou nao.
Este c.;apiluio concentra-se no transformador monofasico, com enfase no
de dais enrolamentos. Os capitulos seguintes abordam Qutros tipos de trans-
formador e apli ca~Oes fundamentais num curso que estude maquinas.
2.2. Transformador elementar
Urn transformador e urn equipamento utilizado para rcdu~ao ou aumento
de tensao. Segundo esta aplicabilidade, ele pode ser definido como trans-
fonnador abaixador ou elevador (de tensao). Urn transfonnador e constituido
nonnalrnente de urn enrolamento primario (em que aplicarnos a tensao de
entrada), urn enrolamento secundario (em que obtemos a tensao de safda
desejada) c urn caminho otimizado para 0 fluxo magnctico, que e 0 grande
responsavei pela transfonna93o, Figura 2. 1 .
. .. ...... ... .. .... ... .. .. .. ~~~~~~~~~'.~~~~ ~~~~~a:.~c~ .......................... §
F'riJl"l6rio
Auxo magnitlco
-t=EE
NUcIeo de ferro
Figura 2.1
o fluxo magmltico ct> no figura/oi
representodo com apenas um
sentido, mas ele sempre
acumpanha 0 sentido imposto [lela
tensdo aplicada ao primario e isso
e muito importante, como veremos
a seguir.
2.3. Funcionamento do transformador
o funcionamento do transfonnador baseia~se nos fundamentos do
cletromagnetismo, especialmeote os estudados por faraday e Lenz. Constata·se
que, ao movimentar urn campo magnetico diante de urn condutor, surge uma
corrente induzida. Em outras palavras, urn campo magnetico variavel produz
urn fluxo magnetico variavel, que e responsavel pela corrente induzida.
De imediato nao conseguimos ligar 0 fundamento elctromagnetico ao
transfonnador da Figura 2.1 , mas se fhennos algumas observaQoes, chega-
remos a uma conelusao satisfatoria. Primeirarnente observe que 0 primario e 0
secundario sao duas bobinas com nueleo comum. Se sao bobinas, se ali men-
tannos 0 primario ou 0 secundario com sua respectiva teosao nominal, tcremos
urn fluKO magnetico no Dueleo de ferro. Se a fonte uti lizada para a aiimentaQ80
do primario, por exemplo, for de corrente continua, DaO teremos uma trans-
fonnayao de teosao constante no secundario, pois 0 fluxo magnetico gerado
pela corrente continua nao e variavel ao longo do tempo.
Se alimentarmos 0 primario com teosao altemada, ele produz urn fluxo
magnetico variavei, ja que a corrente altemada oscila em 60 Hz. Esse fluxo
magnetico varia vel, ao agir no interior do nueleo, atinge 0 secundario,
provocando 0 aparecimento de uma tensao altemada nesse enrolamento por
coota da indur;:ao magnetica. A tcnsao que aparece no secundario per conta do
fluxo magnetico variavel gerado pelo primario recebe 0 nome de tensao
induzida.
Gl .............. ................ ~~~I~i~.~.~. ~~~~r.i~~· . ..... •..• .. • . .•. .. .• . . • .... . ..
A tensao induzida e semprc proporcional ao nfunero de cspiras da bobina c
de acordo com a indu~ao magnetica que a provocou, podendo ser calculada
pela rela~ao de transforma~ao a seguir:
Uprim Nprim
Usec Nsec
Sendo:
• Uprim = tensao no primario
• N scc = numero de cspiras do sccundario
Ana li sando a equa~ao, podemos concluir que quanta maior 0 numero de
cspiras, maior a tensao. Se nao temos 0 numero de espiras dos enrolamentos,
podemos calcular 0 numero de espiras do primario com a equa~ao:
Np = UpxlOOOOOOOO
4,44 x 60 x SL x B
Scndo: As densidades rnais aplicadas a
nucJeos de ferro sao:
• Up = tcnsao no primario
•
•
•
f = frequencia
SL = se~ao Iiquida do nucleo
B = densidade rnagnetica do
nueleo (gauss)
Nota
•
•
•
8.000 = 2% de silicio
10.000 = 3% de silicio
12.000 = 4% de silicio
A equacao esta adaptada para receber gauss e cm~, que sao as encontradas em
tabelas de chapas para nucleos, por isso os 100000000.
A relaCao entre 0 mlmero de espiras e a corrente que c ircula no cnrola-
mento e invcrsamente proporcional, isto e, quanto menor 0 numero de cspiras,
maior a corrente. A equay30 a seguir pode confrrmar isso:
lprim = Nsec
J sec Nprim
Podcmos concluir que 0 transformador nao funciona em corrente continua,
pois precisamos de urn £luxo magnctico variavel, portanto e preciso alimenta-Io
com CA. A rc laCao entre nurnero de cspiras e tensilo e diretamente proporcio-
nal e a reJa~ao entre mimero de espiras c corrcnte e invcrsamente proporcional.
A rclayao entre corrcnte e tensilo esta associada a potencia aparente do trans-
TrallsJormador Monofdsico
formador, S=Uxl, que deve ser aproximadamentc a mesma para primario e
secundario (desconsiderando as perdas).
Uma fonna de ligar 0 transfonnador adequadamente pode ser vista na Figura
2.2.
Prim~ rlo Secundario
N,
Vs
Figura 2.2
2.4. Ti os de nucleo
Os dois tipos de nueleo mais utilizados em transfonnadores monofasicos
sao: nudeo envolvente em anel, "core", Figura 2.2, e nueleo envolvido, "shell"
au encouralYada, Figura 2.3.
Observe 0 nuc1eo seccionado, 0 que
representa que ele foi canstruido com
varias chapas finas de ferrossilicio, 0
que e explicado a seguir.
Figura 2.3
Existem transformadores especiais com outras formas de nueleo, por
exemplo, transformadores de isolalYao com nueleo em toroide, mas para cons-
tru~ao dos transformadores de nueleo envolvido ou envoi vente normalmente
sao util izadas as chapas representadas na Figura 2.4.
@L . . . . . . . . .. . .. .. . ............. ~~~l~i~~s. ~~~~r::~ .................. ... ... ... .
EI L
ForTmltos das chapas
N'
2
3
4
5
6
7
F
a
2,3
3,0
3,5
4,0
4,8
6,0
b ,
1,3 1,3
1,5 1,3
1,8 1,8
2,0 2,0
2,5 2,5
3,0 3,0
As chapas geralmente sdo fabricadas
segundo as dimensoes apre~'elliadas
no figura ao lado, enjos va/ores eSI(io
no tabeJa a seguir em centimetras.
A espessura dessas chapas norma/mente
e de 0,3556 mm.
d , VA
3,8 7,5 50
4,5 9,0 100
5,3 10.7 150
6,0 12,0 250
7, ' 14,8 5()()
9,0 18,0 1.00
Figuras 2.4 - Clwpas para transjormodores.
Os valores constantes oa tabela sao irnportantes no projcto de urn
transformador por constituircm a ser;ao do DueleD do transformador, conse-
quentemente com participar;ao direta na sua potencia, como vercmos.
2.5. Correntes de parasitas
Nem tude sao flores no funcionarnento de urn transfonnador. 0 mesmo
fluxo magnetico variavcl, respons3vei pela tcosao induzida no secundario. traz
com ele efeitos indescjados nesse tipo de maquina. 0 Dueleo do transfOffilador
monofasico normal mente e constituido de material fcrromagnetico. Se cons-
truinnos urn nueleo maci~o com esse material, teremos urn enorme problema.
o fluxo magnetico vari avel, responsavei peJa indu~ao magnetica, age
tambem sobre 0 nueleo de ferro maci~o e produz correntes induzidas nesse
ferro, que produzem campos magneticos contrarios ao campo que deu origem a
essas carrentcs. Quanta menor a resistencia eietrica desse nueleo, maiores os
.••.. • . ____ • _ • . _ • . _ • _ ...... :~~~~~~~~~~~~ ~~~1~~~~~~~ ...... • ..... •.. • _ • . _ •..... 10
efeitos provocados pelas correntes parasitas, que sao perda de rendimento e
aqueeimento.
Essa caraeteristica da corrente induzida foi descoberta pelo fisico russo
Heinrich Lenz e pode ser aproveitada em alguns equipamentos, como, por
exemplo, medidores de energia. Quando uteis, chamamos essas correntes de
correntes de Foucault, afmal nao ficaria bern chamar 0 fundamento de
trabalho de urn equipamento de "correntes parasitas".
Para minimizar os efeitos das correntes parasitas, nao se utiliza urn nueleo
rnaciyo para 0 transformador. Silo utilizadas chapas de ferro magnetico, de
espessura reduzida, isoladas eletricamente uma da outra e montadas em fonna de
nueleo. Por estarem isoladas e1etricamente, nao facilitam a circulayao das corren-
tes parasitas, reduzindo 0 aquecimento e a influencia negativa no campo
magnetico dessa origem. Issa explica, de fonna simples, por que 0 nueleo dos
transfannadores e a interior dos motores nao sao fabricados com material maciyo.
2.6. Perdas no sformador
Urn transfonnador, alem das perdas devido as correntes parasitas, possui
outras perdas. A primeira que verernos e em funyao do emolamento das bobinas.
Como as bobinas sao feitas de ti~ de cobre csrnaltado e esse fio possui certa
resistencia, e justo assumir que a resistencia total de uma bobina, sob influCneia
de uma corrente eletrica, provoque aquecimento, e aquecimento significa
potencia despcrdiyada. Essas perdas sao chamadas de perdas no cobre.
Dutra perda no transfonnador esta rclacionada a histerese magnetica, que
estudamos no capitulo I. Ela provoca 0 atraso entre 0 campo magnitico e a
induyao magnetica. Como essa perda esta relacionada com a qualidade do
material utilizado na montagem do nueleo, e parte das perdas no ferro.
o total das pcrdas deve ser considcrado no projeto de transforrnadores.
Quando isso nao e feito, temos urn transfonnador que na teoria fomeee uma
potencia e na pratica a potencia que ele e capaz de suprir e bern menor. Alguns
chegam a ter rendimentos absurdos de apenas 60%.
2.7. Calculo de e uenos transformadQr
Agora que temos 0 conhecimento basico necessario sobre 0 transfonnador,
vamos utilizar urn metodo de calculo para 0 projeto de pequenos transfonna-
dores. Nao e urn calculo cientifico de preeisao indiscutida, mas urn calculo
pratico que permite construir transformadores ate 1000V A, baixa tensilo, sem
~ Maquinas Elitricas
..... .. .. ....... ............................... ........... ................ ....
problemas. Para projetar urn transfonnador, e preciso definir sua aplicayao,
regime de trabalho e potencia maxima fornecida. Para exemplificar, suponba que
necessitamos de urn transfonnador para reduzir a tensao dc 220 V para 24 V
com I=5A. Adotando coscp = I, temos como potencia ativa e aparente no
secundario:
PF Us x Is x cos<p ~ 24 V x 5x I ~ 120 W e Ss ~ 120 VA
Em seguida calculamos a potencia no pnmario, com base na do secun-
dario, acrescentando 10% devido a perdas no transfonnador, considerando urn
rcndimento de 90%. Esse valor de rcndimento pode aumentar confonne a
qua lidadc da chapa utilizada . Vamos utHizar chapa com densidade magnetica
de 10.000 gauss.
Pp~ Ps x l , I ~ 132W e Sp ~ 132VA
Pel a potencia do primario determinamos a se~ao liquida do nueleo do
transfonnador, isto c, a sc~ao teorica necessaria para que ele atinja a potencia
desejada para 0 secundario.
SL ~ ,JS; ~.J132 ~ 11,489cm '
Para construir 0 nueleo do transfonnador. aplicamos urn fator de 20%
sobre a sCyao Iiquida,
para cornpensar as perdas eventuais na constru~ao do
nucleo com as chapas comerciais disponiveis, chegando a uma seyao bruta:
SB = SL x 1,2 = 13,787cm 2 , aproxirnadamente 14cm2
Para construir esse nlieleo, utilizamos urn conjunto de chapas E I, cujas
dimcnsOes devem ser capazes de fonnar a seyao necessaria para 0 transfonna-
dor. Na tabela de chapas para transfonnadores citada anterionnente, encon-
tramos urna coluna em que temos a potencia aparcnte Jigada a urn detenninado
mimero de chapa. Pode-se selecionar a cbapa a partir dos dados obtidos ou
aplicar urn coscp < 1 (por exemplo, 0,9) a unidade transfonnadora. como segue:
Sp ~ 132 W I cos<p ~> Sp ~ 132 W I 0,9 ~ 146,6 VA
A linha que atende a esta potencia e a de ISO VA, chapa n5! 4. Agora
precisamos calcular 0 numero de chapas necessarias para construyao do nucleo
que sem retangular e com a medida "a" em urn dos lados; "a" da chapa n5! 4 e
iguaJ a 3,5 cm. Com 0 seguinte calculo detenrunamos a medida do outro lado
do Ducleo:
14 / 3,5~4cm
........................... :~~~~~~.a.~~~ ~~~~~~i.~~ ........ . .... . . .. .. • ...... 10
Para atingirmos 4 cm, necessitamos de uma quantidade "x" de chapas com
espessura igual a 0,3556 mm:
4 cm I 0,03556 crn = 1 I3 chapas E e 113 chapas I para 0 conjunto E L
Agora vamos calcular 0 numero de cspiras para 0 enrolamento primario
utilizando a formula dada anteriormente:
Np ~ Upx 100000000
4,44 x BxfxSL
220 x 100000000
4,44 x 10000 x 60 x 11,489
719 espiras no primario
718,79 ~
Para 0 secundario pode ser utilizada a relay30 de igualdade:
Uprim
Usec
Nprim
Nsec
220V 719 . ~ -- ~ -- ~ Nsec = 78,436 = 79 esplras
24V Nsec
Calculado 0 numero de espiras, 0 proximo passo e determinar a seyao do
fi o magnetico esmaltado a ser utilizado para cada enro lamento. Para efetuar
esse d lculo, necessitamos da corrente disponivel dos dois enrolamentos e a
densidade de corrente do condulor a ser utilizado. A densidade de corrente tram
da condur;:ao de corrente por se~ao do condulor de acordo com a condj~ao de
trabalho do transformador. Quanto mais ventilado e limpo 0 ambientc, maior a
densidade de corrente desse tio magnetico.
Tabela de densidades de corrente D
Sem venlila9ilo 2A1mm2
M<i venlila9ilo 4 Almm2
Ventila9ilo regular 6A1mm2
Boa venli la9ilo 8 AI mml
Para 0 projeto aplicaremos uma densidade de 4 AI mm 2 .
A s~ao do fio do enrolamcnto primario pode seT calculada da scguinte
manelra:
Pp 132W I p ~ - ~ --~06A
Up 220V '
S - p. .. Ip 0,6A 0 15 2 ec;ao nman o = - = -- = mm D 4 '
o condutor que possui ser;:ao igual ou superior a 0,15 mm 2 e 0 de
25 A WG, segundo a tabela de condutores dada a seguir.
Os mesmos calculos devem ser efetuados para detenninar a ser;:ao do fmc
para 0 enro lamento secundario:
0L ............. ...... ........... "!.~~~i~~S. ~~~~r~~o:. ........ ... ................... .
Ps 120W . . Is 5A , 15= - ~ - - = 5 A se~aosecundano = - = - = 125 mm
Us 24V D 4 '
o condutor que possui se~ao iguaJ au superior a 1,25 mm 2 eo de 16 AWG.
Precisamos detenninar se ha possibilidade de enrolamento au teremos de
alterar a forma prevista para 0 Dueleo do transfonnador. Verificar a
possihilidade de enrolarnento significa caJcuiar a area ocupada pelas bobinas
sobrepostas e conferir se 0 espayo em volta do Dueleo montado comporta as
bobinas. 0 espa90 em volta do nuelea e estabelecido em cumplicidade com a
medida "b" da chapa. 0 empi lhamento maximo de espiras nao deve atingir esse
valor em nenhuma hipotese. 0 enfileiramento de espiras nao deve exceder a
altura do nueleo que e detenninada pela subtraryao (lid" - "e").
Colocando no papel:
"b" = 1,8 em
("d"- "e") ~ (5,3 - 1,8) ~ 3,5 em
Area disponivel = 6,3 cm2
Da tabela de tios podcmos extrair os diarnetros dos condutores utilizados:
25 A WG ~ 0,45 mm ~ 0,045 em 16A WG ~ 1,29 rum ~ 0,129 em
Multiplicando os respectivos difunetros pelas quantidades de espiras
calculadas e depois novamente pelos mesmos diametros, temos, aproximada~
mente, a area ocupada pelo eruolamento:
Aep ~ 0,045 x 719 x 0,045 ~ 1,456em2
Aes ~ 0,129 x 79 x 0,129 ~ 1,315em2
Atotal ~ 2,77 em'
2,77 em! eabern em 6,3 cml ;
agora lemos de nos preocupar
apenas com 0 espar;o ocupado
pelos maleriais iso/antes
ulilizados duranle 0
enr% mento.
Ah:~m do enrolamento, hA tambem 0 espayo ocupado pelo material iso lante
instalado no carretel antes de iniciannos 0 enrolamento C 0 material isolante
nonnalmentc colocado entre camadas. Deve ser uma preocupayao se a area
ocupada pel os enrolamentos estiver muito proxima da area disponivel entre 0
ferro C 0 carrete!.
r:;)\
......... ............ .......... .. .................. ............. ~ Tran~formador Monofasico
Tabela de Bitoia de Fio Magnetico EsmaItado
Bitola Se4;ao Resist(~ncia Correntes admissiveis para as densidades do fio Diametro
AWG
,m em flIKma IAlmm! 2Almml 3Almmz 4Almm1 SA/mm2 cmmm mm' 20DC
n"
6 3,21 8,37 2,07 8,37 16,74 25,11 33,48 41,85
9 2,91 6,63 2,59 6,63 13,26 19,89 26,52 33, 15
10 2,59 5,26 3,27 5,26 10,52 15,72 21,04 26,30
"
2,30 4,17 4,15 4,17 8,34 12,51 16,06 20,85
12 2,05 3,31 5,22 3,31 6,62 9,93 13,24 16,55
13 1,83 2,62 6,56 2,62 5,24 7,86 10,46 13,10
14 1,63 2,06 8,26 2,06 4,16 6,24 8,32 10,40
15 1,45 1,65 10,40 1,65 3,30 4,95 6,60 8,25
16 1,29 1,31 13,20 1,31 2,62 3,93 5,24 6,55
17 1, 15 1,04 16,60 1,04 2,08 3,12 4,16 5,20
18 1,02 0,82 21,10 0,82 1,64 2,46 3,28 4,10
19 0,91 0,653 26,50 0,653 1,306 1,959 2,612 3,265
20 0,81 0,5 18 33,50 0,518 1,036 1,554 2,072 2,590
21 0,72 0,40 42,30 0,410 0,620 1,230 1,640 2,050
22 0,64 0,326 53,60 0,326 0,652 0,978 1,250 1,630
23 0,57 0,2552 57,60 0,2552 0,5104 0,7658 1,0206 1,2760
24 0,51 0,2043 84,40 0,2043 0,4086 0,6129 0,8 172 1,0215
25 0,45 0,1590 108,40 0,1509 0,3180 0,4770 0,6360 0,7950
26 0,40 0,1258 137,0 0,1258 0,2512 0,3768 0,5024 0,6280
27 0,38 0,1018 169,0 0,1018 0,2036 0,3054 0,4072 0,5090
28 0,32 0,0604 2 14,0 0,0804 0, 1608 0,2412 0,32 16 0,4020
29 0,29 0,0660 261,0 0,0660 0,1320 0,1 980 0,2640 0,330
30 0,25 0,0491 351,0 0,0491 0,0982 0,1473 0,1964 0,2455
31 0,23 0,04 15 415,0 0,041 5 0,0830 0, 1245 0,1 660 0,2075
32 0,20 0,03 14 549,0 0,0314 0,0628 0,0942 0, 1256 0,1570
33 0, 18 0,0254 679,0 0,0254 0,0508 0,0762 0,1016 0,1270
34 0, 16 0,0201 858,0 0,0201 0,0402 0,0603 0,0804 0,1005
35 0, 14 0,0154 1119,0 0,0154 0,Q308 0,0462 0,0616 0,0770
36 0,13 0,0132 1306,0 0,0132 0,0261 0,0396 0,0528 0,0660
37 0,1 1 0,0095 1815,0 0,0095 0,0190 0,0285 0,0360 0,0475
3" 0,1 0 0,0078 2210,0 0,0078 0,0156 0,0234 0,03 12 0,0390
39 0,09 0,0063 2737,0 0,0063 0,0126 0,0189 0,0252 0,0315
40 0,08 0,0050 3446,0 0,0050 0,0100 0,0150 0,0200 0,0250
& ...... ... .... ' ... ............. ~~~~i~.~~. ~~~~r!~~~ ......... .. .... .. .... .. , .. ... . .
2.8. Consi e a oes sobre isolantes e im regna/Y",,3,,"o._ ..
Para enrolar urn transfonnador, mio basta apenas fio magm!tico esmaitado,
centenas de espiras, chapas de ferro e urn carretel para enrolamento das
bobinas e montagem das chapas. Outros materiais se fazem necessarios para
viabilizar seu uso e melhorar a resistencia de isoia!yao. 0 proprio FME deve seT
escolhido, tendo como enterios as condiyoes de trabalho do transformador,
temperatura maxima etc.
Pelos menos dois tipos de pape! isolante serao utilizados para construir 0
enroJamento. 0 papel "cinza" (Kraft) de maior espessura serve para forrar 0
carretcl e cobrir 0 enrolamento todD quando tudo estiver pronto. Urn papel mais
fino (Cristal) deve ser utilizado como isolante entre as camadas de espiras.
Espaguetes podem seT necessarios para dar protelYao medinica aos fios que
ligarem 0 enrolamento as conexoes extemas, se eles nao forem soldados a
cabos flexiveis ao tenninar a ultima camada. Se isso ocorrer, a solda deve
ser
bern feita e isolada da camada de esp iras eletrica e mecanicamente.
Apbs realizar todas as ligalYoes e fechar 0 transformador, urn banho de
vemiz pode ser aplicado para a completa impregnayao do transfonnador.
Geralmente esse banho e feito mergulhando 0 transfonnador em vemiz aque-
cido a uma temperatura que melhore sua impregnaIY30 ao enrolamento.
2 9 ircuito e uivalente
x,
Figura 2.5 - T ransformador real.
Urn transfonnador, visto pelos profissionais da area de maquinas, na~ se
resume a apenas duas bobinas e urn nueleo de ferro. Existcm parametros
"escondidos", que muitas vezes necessitam ser mapeados, eo controle desses
parametros detennina 0 funcionamento adequado de uma maquina. 0
transfonnador real esta longe do modele ideal, como mostra a Figura 2.5.
Todas as variaveis expostas tern urna razao de cxistir e para iniciar precisamos
conhecer cada uma delas pelo nome:
.. ......................... :~~~~(~~~~~~ ~~~~(~~~~~ ... .... ... .. .... .......... B
• r 1= resistcncia do enrolamento primario;
• Xl = reatancia indutiva do enrolamento primario;
• ~ = resistencia de magnetizayao, que retrata as perdas no ferro;
• Xm = reatancia indutiva de magnetizayao;
• r2 = resistencia do cnrolamento secundario;
• x2 = reatancia indutiva do enrolamento secundario.
Com 0 nome das variaveis em maos precisarnos uti lizar os metodos
(ensaios) para determinay~o de cada uma delas.
Os ensaios e testes em transfonnadores estao previstos em nonnas, como,
por exemplo, NBR5380: Transfonnador de Potencia - Metodo de Ensaio.
Por meio de ensaios e testes vcrifica-se se os parametros reais do trans-
formador nao estao fora do escopo do projeto ou se algum parametro vai
cornprorneter a sua vida 6tH quando em funcionamento. Alem disso, os ensaios
pennitem dar dimensoes as variaveis defmidas no modelo do transformador
real, Figura 2.5, possibilitando a utilizayao do modele em simuiayijes.
o primeiro teste nonnalmente realizado e medir a resistencia de isoiayao
com urn megohmetro. A mediyao deve ser feita entre as bobinas do primario e
do secundario e entre as bobinas e 0 nueleo de ferro. Em seguida, medimos a
resistencia ohmica dos enrolamentos, marcando nesse momento 0 lado de
maior resistencia como primirio.
Rendimento, perdas e parametros para 0 modelo do transformador sao
obtidos por meio de ensaios especificos, as quais veremos a seguir.
o
Ao realizar ensaio para determinar as perdas no ferro, ensaio ern vazio,
a1em de mcnsurarmos as perdas ern si, conseguirnos calcular os parametros
rnagneticos para a constrw;:ao do circuito equivalente do transformador. Esses
parametros sao:
•
•
~ = resistencia do circuito magnetico;
Xm = indumncia do circuito magnetico;
& ....... ..... ... ........... " .. ~~~~i.n.~s. ~~~(~!~~~' ........ .. ....... .... ........ . .
•
•
Zm = impedancia do circuito magnetico;
CO~ = fator de potencia do transfonnador.
Serao medidos no ensaio:
•
•
•
Po = potencia ativa em vazio;
Vo = tensiio de alimentaC;iio em vazio;
10 = corrente em vazio.
Equa~oes utilizadas:
Zm~ Vo
10
Po
COS'l' ~ :-:----:-
Voxlo
Vo' Rm ~-
Po
Vo' Xm ~-
Qo
Qo = So x sen c.p
2.12. Perdas no cobre
Como perdas no cohre, entenda as perdas por ocasiao da resistividade do
cohre utilizado para a fabricac;ao do fio magm!tico esmaltado. Corn 0 cnsaio em
curto-circuito detenninamos 0 valor da resistencia, a impedancia e a reatancia
indutiva do enrolamento primaria e do secunda rio com caIculos e auxilio da
leitura dos instrumentos, alem do fator de potencia dos enrolamentos.
As equac;oes utilizadas sao as seguintes:
lee = Uec
Icc
Pee
COS'l' ~ :-;-=:-
Uccx Icc
Quando sao conhecidos os valores precisos de rl, r2, xl e x2, pode-se utilizar 0
eoneeito de impedaneia refletida para detenninar os valores Rec e Xee:
N I
a~- e
N2
Como Zl ~ VI Ill, podemos fazer ZI axU2
12 1 a
U2
a'x- = a 2 xZ2, em que
12
a 2 x Z2 e a impedancia do secundario refletida no primario.
A partir dessa deduIY30 temos: Rec= rl+a2 x r2 e Xcc= xl+a2 xx2
Como nessa aproxima~ao nao estao previstos metodos para separalYao de rl e
a 2.r2, se obtivennos Rec, podemos separar os termos usando dois metodos
eonhecidos:
...... . .................... ~~~~~~~~~'.~~~~ ~~~~~~~~c.~ . .............. . .......... B
2 1 I Ree' lda No primeiro, ern que Rcc= r1 + r2) sende r :::: rl a e r = --I ,e eva em
a+
a
considerayao a relayao de transforma~ao n. Desta maneira obtemos a separayllo
dos val ores embutidos em Rcc e Xcc mais facilmente e essa aproximayao se
adapta melbar a determinadas condiyoes de ensaio, mostrando valores mais
pr6ximos a medi1;oes efetuadas com instrumentos de baixa precisao au que, por
exemplo, nao levem em considerayao 0 efeito pelicular da CA.
No segundo metoda encontrado, Rcc e dividido igualmente entre primano e
secundario, refletindo ao primario au secundario, confonne a necessidadc.
2 13. 1m edancia ercentu"a",l_
Outro dado de extrema importancia nos transfonnadores e que tambern
pode ser determinado no ensaio de curto-circuito e a impedancia percentual au
tensao de curto-circuito percentua1. Essa impedancia esta relacionada corn a
tensao apl icada ao prirnano para fazer circular a corrente nominal secundaria,
com 0 secundario em curto. Esse valor vern como dado de placa do trans-
formador, pois e extremamente importante e deve ser cons iderado na associa-
yilo para lela de transfonnadores. 0 valor fica em tomo de 3% a 9%.
Olhando de outro modo, com 0 secundario em curto, se nao houvesse
resistividade do cobre e reatancia indutiva da bobina, a tensao de curto-circuito
sena OV, resultando uma impedancia percentual de 0%. Como existe resistivi-
dade do cobre e reatancia indutiva por parte da bobina, podernos esperar que,
em curto, a soma vetorial da resistencia do enrolamento e da reatancia resulte
uma impedancia e seja parte da carga encontrada para 0 nivel de tensao de
curto-circuito que aplicamos ao primario do trJ.nsfonnador.
Como 0 secundario esta em curto e seu enrolamento [oi calculado com
base em uma maxima potencia fomecida, deve-se iniciar a insen;ao da tensilo
no primario em OV e ir aumentando ate que a In do transfonnador seja
atingida. E 6bvio que ha necessidade de instrumentos conectados 0 tempo todo
ao secundario e, principalmente, ao pnmario do transfonnador, como veremos
na seyao de ensaios.
Se tivennos a tensilo de curto-circuito c a tensao nominal do primario,
podcmos calcular a impedanc ia percentual. que e urna relayao entre as duas:
0L ......... ... ......... .. ....... ~~~~i~.~ .. ~~~~r!~~~ .. ................. .... ..... ... .
•
•
Uec == tensilo de curto-circuito para atingir In no prirml.rio
Up = tensilo nominal do primaria
Podemos uti Iizar a impedancia percentual para dcterminar a corrente de
curto-circuito do transfonnador:
100 Icc = - - xln
Z%
In = corrente nominal atingida no ensaio de curto-circuito
2.14. Rendimento do transformador
Rendimento sempre foi uma rela~ao entre resultado e gasto. Em urn
transfonnador dimens ionarnos 0 rendimento estabelecendo urna rc lavao entre a
potencia fomecida pelo secundario e a potencia absorvida pelo primario para
fcmeeer a potencia no secundario.
A equ8yao primaria do rendimento, isto e. a 20°C, e apresentada a scguir:
Rend Ps
Ps+ Pcu + Pfe
2.15. Ensaios
Atenyao
As atividades seguintes devem ser realizadas sob a orienta~ e supervisao de urn
profissional habilitado, seguindo as normas de seguran(f8 com rel~o a equipamentos de
protecao individual, como cal(f8dos e 6cuJos de prot~o, entre outros, e respeitanclo as
normas tecnicas e os limites dos equipamentos. Um procedimento altamente profissional
e recomendado, pois ao trabalhar com e!etricidade, 0 risco
de morte e real e constante.
Instrumentos e eq uipamcntos: meg6hmetro. multimetro, voltimetro. am-
perimetro e wattfmetro. A escala dos instrumentos depende do equipamento
ensaiado.
Anote os dados de placa do transfonnador monofasico a ser ensaiado.
Transformador MonoJcU'ico -.B
..... . -..... ........ ... . -. -................... ..... .................. ... ..... .
2.15.1. este de continuidade e isola 0 do transformador
Objetivo: Verificar se 0 transfonnador esta em condi«;6es de usa e pode
ser utilizado para realiza~ao dos ensaios eletricos. E necessaria 0 calculo da
resistencia de isolac;ao minima do transformador utilizando a seguinte equacao:
Riso l ~ Un + 1 (equa,ao adotada da NBR 5383 - Maquinas Girantes)
Sendo: Risal em Mo., Un em KV
Observa~ao
Consulte as normas NBR5380 e NBR10295 para abler equal10es e tabelas de co~o
normatizadas para 0 respectiv~ transformador ensaiado.
J) Com urn meg6hmetro meIYa a resish:;ncia de isolacao entre as enrola-
mentas prirnario e secundario e registre.
2) Meca a resistencia de isolacao entre 0 primario e a carcac;a e registre.
3) Meca a resistencia de isolacao entre 0 secundario e a carcaca e
registre.
4) Calcule a resisteocia de isolacao minima para urn transfonnador
de 220 V/ I IO V e compare com os valores encontrados. Qual a sua
avalia~ao tccnica do transfonnador testado?
2.15.2
Objetivo: Delemlinar a relarrao de transfonnaryao e verificar 0 funcio~
namento do transfonnador. Serao efetuados calculos aproximados dos valores
mecanicos e el6tricos do transfonnador.
I) Anole os dados de placa do transformador.
2) Merra com 0 ohmfmetro a resistencia dos enrolamentos e identifique 0
primario e 0 secundario.
3) Alimente 0 primario com baixa tensao e anote a tensao medida no
secundario. Qual a reJay80 de transfonnayao?
4) Merra a serrao do nueleo de ferro com uma regua e anote.
S) Calcule a potencia do primario e do secundario do transformador a
partir da seryao medida.
6) Calcule a corrente nominal do primario e a corrente nominal do
secundario a partir do valor da potencia calculada no item 5.
& Maquinas E!etricas
..... .. .. .. . ,. , . . , ... ........... ..... ..... ... .. ........ .. .. ...... ... . , .
7) Qual a quantidade aproximada de chapas utilizadas no transformador?
8) Com 0 valor da se'Yao, para uma densidade magnetica na chapa de
12.000 gauss, calcule 0 numero de espiras do enrolamento primario.
9) Calcule 0 numero de espiras do enrolamento secundario.
10) Calcule a bitola do condutor utilizado no primirio e a bitola do
condutor utilizado no secundario.
11) Me'Ya 0 angulo de defasagem entre a tensao no primino e a tensao no
secundirio do transformador com urn osciloscopio.
2.15.3. Ensaio a vazio
Objetivo: Detenninar as perdas no ferro e obter parametros eIetricos para
a constru'Yao do circuito equiva1ente do transfonnador real.
Nota
o ensaio seguinte, devido a cornplexidade por utilizar rnuitos instrurnentos, tern urna
conotayao dernonstrativa. Ele foi realizado com urn deterrninado transforrnador e as
resultados registrados. Forarn efetuados os calculos e anotados os resultados, portanto
repita 0 ensaio com oulro transformador e refa~ os passos. Elabore urn relat6rio com
os resultados encontrados e suas observa96es.
Caracteristicas do transfonnador utilizado: 220 V/ IIO+II0 V 2 A 440 VA,
Figura 2.6.
:lEv 220V C ~ov
Figura 2.6 Figura 2.7
Secundario
a Va210
Monte 0 circuito da Figura 2.7. Preocupe-se ern ligar os instrumentos
corretamente, principalmente 0 wattimetro. Com 0 secundirio aberto, a vazio,
execute as seguintes procedimentos:
1) Conecte os tenninais 1 e 2 a uma fonte CA ajustivel.
2) Arrume a fonte CA ajustivel para tensao nominal, neste caso 220 V.
3) MeQa a potencia ativa absorvida com a leitura do wattimeto e registre.
Po ~ 20 W
4) MeQa a tensao no primano com a ajuda do voltimetro e registre.
Upo ~ 220 V
5) Meya a corrente no primario com 0 amperimetro e anote .
Ipo ~ 160 rnA
6) Calcule a patencia aparente absarvida pelo primaTia com os valores:
So ~Uo x 10~ 35,2 VA
7) Utilize as equaQoes seguintes para calcular os parametros de magneti-
zayao do transfarmador:
Cos<p
Va Zm=-
10
Po IRm=Io xCos<p Imag = 10xSen<p
Vox Ia
Rm~ VA
IRm
Va Xmag~ -
Imag
Va' Qvar= --
Xmag
• LRm = corrente atraves da resistencia de magnetizayao do ferro
• Imag = corrente atraves da reaUincia de magnetizayao
Calculando os valores:
Cos,!, ~ 0,57 !rm ~ 91,2 rnA Imag ~ 132 rnA
Xm ~ 1666,711 Rm ~ 2412,H1 Zm ~ 1375 n
8) Calcule a potencia reativa gasta pelo transformador:
Qvar ~ 29VAr
2.1 .4. Ensaio em cnrto-circuito
Objctivo: Detenmnar as perdas no cobre nos enrolamentos primario e
secundario pelo ensaio em curto-circuito, Figura 2.8.
Aten~ao
E possivel conectar urn amperimetro tarnbem no secundario. A tensao inicial no prima-
rio deve ser 0 V. Oesligue a fonte de tensao no primario antes de posicionar 0 amperi-
metro para medir a Icc no secundano.
@L ...................... ....... . W:~~Z~i~.~S. ~~~t~.i~~~ . ...... . ...... . . •. . .. • . .• . . .. . .
Figura 2.8
I) Com uma fonte de tens~o altemada ajustavel, a limente 0 prirnario do
transformador como na figura. Certifique-se de que a tensao de saida
inicial da fonte seja 0 V.
2) Aumente gradativamente a tensao aplieada ao prirruirio atraves da
fonte ate que a eorrente indieada no amperirnetro seja a corrente
nominal do transfonnador.
3) Anote os valores da Pee, Veep e In medidos.
Pcc ~ 12 W Vccp ~ 12Vln ~ 2A
Observa~ao
In e a corrente de curto nesta coodi~o.
4) CaIcule os dados do circuito equivalente eom os valores registrados
anteriormente utilizando as equa~oes:
Rcc= Pee Zee= Uee Xec==JZcc2 - Ree 2 Coscp
lee2 Ice
Rec = rl + r2 rl = r2 x Np
Ns
Observa~ao
Np relayao de transforma~o.
Ns
Pee
Uecx Icc
Ollcolo: Rcc~_3n_ Zce~_6n _ Xee~_5,2n_ Coscp ~_O,5_
220V Ree
rI == r2 x - - :::) rl = r2 =:> eomo Rec= r1 + r2 e rl = r2 entao:::) rl = --
220V 2
rl ~ r2 ~ 1,5 n
Transformadol" Monojfisico f53\
. . . . . . . . . . . . . . . . . ~
o mesmo raeiocfnio aplicamos para a reatancia: xl = x2 = X; = 2,6 n .
5) Calcule 0 total de perdas no eobre:
o total das perdas no eobre, a 20°C, pode ser caleulado pela equacyao:
Peu=rlx Il 2+ r2x I22 Peu= 12W
Notas
Considerar 11 e 12 iguais a corrente nominal de curto-drcuito no ensaio 2A.
Note que a relat;ao de transformat;ao e de 1:1 , isolador, 0 que fadlitou os calculos.
1) Corn os dados encontrados com os diculos, desenhe 0 eircuito equi-
valente do transfonnador com os valores das respectivas resistencias
e reataneias anotadas.
1,5 2,6 1,5 2.6
Va/ores em ohms
2) Observe 0 diJculo da impedancia percentua l do transforrnador e da
corrente em um eventual curto-circuito no secuodario.
Z%= Ucc x100
Up
100 lee = --x In
Z%
Icc ~ 36,7 A
3) CaJculo do rendimento da unidade transfonnadora a 20°C (adotar
coscp = 1 para rendimento maximo):
Ps
Re nd ~ -::---::...::...--:c:-
Ps+Pcu +Pje 440 ~ 0,932 => 93% 440 + 12 +20
D oiamento de transform adores
Objetivo: Fomecer nocyoes de como e executado 0 enrolamento amador de
transfonnadores de baixa teosao, os chamados pequeoos transfonnadores.
& .......... ................... . ~~~~;~.~s. ~~~~/:i~~~· ............... ..... ... ....... .
Atentyao
~ recomendavel que procure uma escola especializada em enrolamento de maquinas,
se este for um assunto de seu interesse. Essas escolas possuem professores com
Ion9a experiencia nesla arte que pocIem Ihe passar algumas tecnicas.
Para enrolar urn transfonnador. alguns materiais e ferramentas precisam
estar dispooiveis e em quantidade suficiente. A lista seguinte traz as fer-
ramentas e materiais basicos
que podem ser utilizados no enrolamento do urn
transforrnador.
1) FM·E com as se~oes calculadas para 0 primario e secundario em quan·
tidade suficiente. Normalmente para estabelecer e5sa quantidade, ao
desenrolar urn transformador queimado, os profissionais pesam 0 fio
magnetico descartado para ter uma base de quanto vao gastar.
2) Papel kraft e papel cristal para isola~ao extema e entre camadas
respectivarnente.
3) Barbante ou cadar~o para enrolamento para travar as tennina~oes das
bobinas no carrete!.
4) Ferramentas: alicate, canivete, ferro de solda, bobinadeira com conta-
-voltas.
Para enrolar 0 transformador, acompanhe os seguintes passos:
a) Primeiramente devemos preparar 0 carrete! para 0 enroiamento,
cobrindo a base interna com papel isolante cinza.
b) Em seguida instalamos 0 carretel na bobinadeira e preparamos 0
ro lo de fio magnetico esmaltado n~ 25, para enrolarmos as
camadas das bobina5 do primario. Deixe uma sobra de fio para
realizar as conexoe5 eh~tricas posteriores com a bobina.
c) Nao se esque93 de colcear uma camada de papel isolante mais fino
entre as camadas de espiras do prima.rio, aumentando a isolar;:ao.
d) Terminado ° primario, deixamos uma sobra de fio para liga~ao
extema e cobrimos ° primario com papel 1solaote cinza.
e) Preparamos 0 rolo de flo n° 19 para enrolannos 0 secundario.
f) Novamente e necessario colocar uma camada de papel cristal
entre as camadas de fio no secundario.
g) T enninado 0 secundario, cobrimos com papel kraft, soldamos cabos
flexiveis as pontas de FME de saida e entrada do transfonnador.
, ....................... ... :~~~~~~~~I~~~~ ~~~~~~~~c~ . . . ... . .. • ................ .B
h) A ultima etapa inclui testes minimos para verificar se seu transfor-
rnador pode receber tensao e realizar a fun¥ao a que ele se destina.
Para isso realizamos testes como isoia¥3o, continuidade. resistencia
ohmica das bobinas e ensaio de reia¥30 de transfonna¥ao.
Voce deve ter notado que a se¥ao dos condutores utilizados para
enrolamento de rnotores e transfonnadores e dada em fra¥ao de milimetro. Para
executar medidas nesses condutores e determinar sua se¥8o, uti lizamos urn
instrumento chamado micrometra. Com 0 micrometro podemos medir 0
diametro de finissimos tios magneticos csmaitados, consul tar a tabela do
fabricante e determinar sua se¥30 em A WG.
Existem micrometros mecanicas e os mais modernos, que sao digitais, os
quais agiiizam extrema mente a medi¥ao em produ¥ao, pois tem 0 resu ltado
indicado diretamente no display.
t) Descreva 0 funcionamento do transformador.
2) Por que 0 transformador nao funciona se aiimentado com tensao
continua?
3) Por que 0 nueleo dos transformadores nao e de ferro maciyo?
4) Qual a finaiidade dos ensaios a vazio e em curto-circuito?
5) 0 que influencia a densidade de corrente do fme e qual componente
do transformador sera afetado por essa escolha?
6) Projete urn transfonnador com as seguinles especifica¥oes: potencia
do secundario = 100 V A, primario = 220 V e secundario 24 V.
7) No ensaio de um transfonnador monofasico (2201l 10V-2A) foram
colctados os seguintes dados: Uo = 220 V. Po = 20 W, 10 = 160 rnA,
Ucc = 6,2 V, Icc = 2A e Pce = 10 W. Determine os parametros do
circuito equivalente do transformador, 0 fator de potencia em vazio e
no ensaio de curto-circuito.
Maquinas EM/ricas
.... -... ... _ .. ........... ...... .... ... ............ ...... .... ......... .
Traosformador Trifasico
3.1. Iotrodu 110
Largamente empregado na industria e em sistemas de di stribui~ao, 0
transfonnador trifasico merece urn capitulo especial. Vamos estudar as
aspectos construtivos mais importantes. polariz39ao do transfonnador, liga90es
c aplic3r;oes.
3 2.
Os transfonnadores trifasicos podem ser vistas como urn conjunto de tres
transformadores monofasicos, Figura 3.1 . Ternos entao tres primarios e ao
menos tres secunda.rios que devcm trabalhar juntos. Para trabalharem juntos,
ex istcm alguns cuidados a serem tornados e observayoes a serem fe itas, e a
partir destas podemos estabelecer padroes de liga.y3o para 0 transfonnador
trifasico e chama-los de liga930 estreia, ligay30 tri angulo etc.
H 0 HlT
f=
Fe
X 0 Xl
L
H2
P l
X2
l
Figuro 3.1
H3
3 t:::==
X3
L
h is enrolamentos
primarios e Ires
secundarios, cada
qual em uma
coluna do elllreferro do
trunsformador. as
terminais do
primario foram
idenlificados com a
letra H (0110 lensiio), 0
secundario com a fetra
X (baixa rensiio).
Transformador Trifasico f'5i\
...... ....... .... ..... ......... .......... ......... .......... ... ... ........... -~
Sendo 0 transformador trifasico urn conjunto de tres transformadores
monofasicos, inseridos no mesmo nueleo de ferro, c correto presurnir que esses
transfonnadores deveriam ter as mesmas caracteristicas construtivas, nfunero
de espiras, se~ao dos condutores, potencia e principalmente a impedancia
percentual, que deve ser igual para os tres. Ern conjunto eles formam urn unico
transformador trifisico.
Para calcular a potencia de uma unidade trifisica fonnada por tres trans~
formadores de potencia nominal Sn, utilizarnos a seguinte equa~ao:
Sn3F ~ 3 -Sn
Urn transfonnador trifasico pode apresentar-se de diversas [ormas, Figura
3.2, mas sempre teremos 0 cuidado de dissipar, de alguma maneira, 0 calor
desenvolvido pelo equipamento em trabalho. Para dissipa~ao de calor em
transformadores de grande e medio portes, geralrnente 0 enrolamento penna-
nece mergulhado em oleo isolante que esta ern contato corn as aletas extemas,
melhorando a dissiparyao de calor. Transformadores menores tern seus enrola~
mentos em contato com 0 ar, que e suficiente para dissipar 0 calor gerado.
Figura 3_ 2 - Tram/ormadores tri/cisicos.
Normalrnente os transforrnadores trifasicos possuem uma caixa de
ligar;5es ou bomes em que podemos efetuar as conexoes e ligar;6es. Para
identificar os terminais do prirnario, e utilizada a letra H seguida do numero do
tenninal e para identificar os tenninais secundarios, e utilizada a tetra X,
tarnbem seguida do numero do terminal. Em transfonnadores de alta e media
tcnsoes, os bomes de liga~ao sao sustentados por isoladores que os mantem a
uma distancia adequada da carcar;a do transfonnador.
3.3. Classes de
E importante sabentar que, aMm das caracteristicas eletricas, os transfor·
madores devem ser projetados ou escolhidos de acordo com uma classe de
proter;ao. 0 que vern a ser classe de proteryao? As caracteristicas de trabalho do
transformador sao importantissimas, mas de igual importancia e 0 ambiente em
que esse transformador vai desenvolver esse trabalho e as proter;6es operacio·
nais que deve possuir.
Para mensurar essas caracteristicas temos as classes de proter;ao indicadas
peIo indice de protery8o IP, que e construido com dois algarismos, 0 primeiro
da Tabela 1 e 0 segundo da Tabela 2.
Numeral Dcscri-;l'io sucinta do grau de prote~l'io
0 Nao protegido
I Protcgido contra objetos solidos de 0 50 mm e mais
2 Protegido contra objetos solidos de 012 nun e mais
3 Protegido contra objetos solidos de 0 2,5 mm e mais
4 Protegido contra objetos solidos de 0 1,0 mm e mais
5 Protegido contra poeira
6 T otalmente protegido contra poeira
. T abela I - Graus de prOler;iio comru a penetrar;ao de obje/os solldos
eSlfanhos indicados pelo primeiro numeral caraClerislico.
Numeral Descri~ao sucinta do graD de protc.;ilo
0
I
2
3
4
5
6
7
,
Nilo protegido
Protegido contra gotas-d'agua caindo verticalmente
Protegido contra queda de gotas-d'agua caindo
verticalmente com involucro inclinado ate 15°
Protegido contra aspersao de agua
Protegido contra projer;ao de agua
Protegido contrajatos de agua
Protegido contrajatos pOlente..<; de
agua
Protcgido contra cfcitos de imersao temponiria em ligua
Protegido contra efeitos de imersao continua em agua
. . Tabela 2 - Gralls de proler;ao contra a pelletmr;ao de agua
indieados pelo segundo numeral camc/erts/ieo .
Transformador Trifasico
.. ........ . .. ...... . B
Existem situa90es, geralmente em sistemas de potencia para fornecimento
de energia, em que sao associados dois ou mais transformadores em paralelo,
para aumentar a potencia fornecida. Para que isso seja possiveJ, e necessario
que os projetistas, tecnicos e engenheiros tenham urn profunda conhecimento
de maquinas eletricas e de sistemas de potencia.
Algumas regras devern ser seguidas. Para associannos dois transfonnadores
em paralelo, e1es devem ter a mesma impedfmcia percentual e a mesma defasagem
angular. Quando duas fases R de dois transfonnadores oao tern a mesma
defasagem angular, ha uma diferen9a de potencial entre elas e isso ocasiona urn
curto-circuito. Se dois transfonnadores possuem impedfincias percentuais
diferentes, urn enxerga 0 outro como carga e h3 desperdicio de potencia.
3 os de transformadores
as dais grupos mais conhecidos de transformadores sao 0 A e 0 B. A
defasagem angular do transfonnador determina a que grupo ele pertence. as
transfonnadores do grupo A possuem defasagem angular 0° e os do grupo B
possuem defasagem angular 30°.
Como visto anterionnente, nao podemos ligar transformadores com
defasagens angulares diferentes em paralelo, portanto na~ podernos ligar
transformadores de grupos diferentes em paralelo. A defasagem depende de
como foi enrolado 0 transformador e do tipo de ligar;ao do primario e do
secundario. 0 fabricante detcrmina as ligafi:oes para 0 transformador de acordo
com 0 grupo.
Alem das defasagens de 0° e 30°, sao cncontrados no mercado transfor-
madores com defasagem angular de 1800 e 210°.
3.6. Polariza ao do transforl!l!!YJ!,..r __ ............
Polarizar 0 transformador e organizar todas as suas bobinas, tanto as do
primario quanta do secundario, de forma que elas tenham polaridade definida e
conhecida, evitando que, ao executannos uma ligar;ao, haja inversao de
polaridade nao planejada, 0 que provocaria subtra9ao de tensao entre as
bobinas. Existem algumas fonnas conhecidas de executannos a polarizar;ao de
urn transformador. A primeira delas e conhecida como golpe indutivo e a outra
como polariza9ao em CA. As diferenr;as entre os dois metodos de polariza9ao
@L ........ ..... ................. ~~~~i~.~. ~~~~:~~~ ............ • .. •. ...•....... . ..
esUio na complexidade de execm;:ao do metodo, necessidades de instrumentos
incomuns e risco de descargas oa execuryao do ensaio.
o golpe indutivo e 0 metodo mais simples e rapido de polarizar urn
transfonnador e e aplicado separadamente em cada urn dos tres enrolamentos
que formam 0 transfonnador trifasico. Se 0 secundario river mais de urn
enrolamento, esse ensaio deve ser executado para cada urn dos enrolamentos
do secundario. 0 golpe indutivo consiste em aptiear uma tensilo CC no
primario e observar a resposta em urn galvanometro conectado no secundario.
o mesmo padrao de resposta deve ser considerado para os tres enrolamentos
que sao marcados de acordo com esta res posta.
A polariza~ao em CA e mais complexa e trabalhosa, mas exige menos
instrumentos e recursos de bancada, bastando uma fonte CA ajustavel para sua
reali zaCao. Deve-se ler extremo cuidado, pais trabalharnos com 0 transfor-
rnador energizado a maior parte do tempo. Esse metoda consiste em alimentar
urn dos enrolamentos com tensilo reduzida e ligar os outros enrolamentos em
serie ate que tcnhamos a soma das tensoes de cada enrolamcnto. A cada etapa
marcamos os tcnninais dos cnrolamentos ja polarizados.
Felizmente, os transfonnadores vern de fabrica com todos os cnrolamentos
organizados e com polaridade definida. Os tenninais sao marcados e basta
seguir as orientacoes do fabricante para efetuar a Iiga~ao desejada. Apenas em
situayoes espceiais, fabricas, ensaios e em transfonnadores sem identificacao,
reali za-se a polarizacao do transfonnador.
Para auxilia-lo no ensaio que esta por vir, vamos fazer algumas reflexoes
teorieas com relacao it polaridade, que e a base do ensato por golpe indutivo.
Consideremos 0 transformador monofasico das Figuras 3.3 e 3.4:
]~ [: C
Figllra 3.3
Figllra 3.4
as peqllellos pOl1lOs 110S ellrolamelllOs jlldicam a polaridade do
ellroiamento. Um tram/onnada,. com a polaridade indicada
reagiria como na figura, se aplicado IIfna corrente no sentido
indicado. Supondo que esse transJormador tive.ue um prinuirio
com Un - 110 II C as bobinas do secul/dorio com Un '" 55 II cada.
poderiamos abler varios niveis de telJSiio a partir de I/mo Jonte
J 10 V. Exemplo: 55 V, J 10 Ve 220.
Para ohler J 10 volts, e relativamente simples. Ba.~ta seguir o.~
sinais de polaridade das bohinas do primario e /igor a elltrada de
lima na saida da oUlra. Considerando 0 lado marcodo como a
entrada do bohina ou Jado "posilivo". igllaimente .fimples e
perceber quando ligamos erradamellfe 0 seclilldario, pais se
ligarmos en/rada com entrada, teremos 0 V de tel/sao resullallie.
.........•.......•..•........ . T~a.n:!~~~~~~ .~r.~a:.i~~ . ... , ...•. ...... . ..•.. .. , .. §
Ate agora pode nao ser novidade, mas como fazer para obter 220 V de urn
transfonnador 110/55+55 V?
Se observada a montagem de urn transfonnador. percebe-se que temos
enrolamentos de primario e de secundario cuja conversao de energia e
realizada por entreferro. Pelo desenho notamos que estao em posi((ao oposta,
portanto. para conseguir 220 V, e preciso associar os potenciais dos dois
enrolamentos.
110V
Figura 3_5
Observe a ligaqiio para conseguirmos 220 V nos
terminais do transformador. As colullas de tel/siio do
primario e do secundario foram somadas de maneira a
obler 0 nivel de lensiio desejado. Na prafica obteriamos a
soma das duas coilmas 011 a sublrQ(;lio de/as (lei/ura
proxima de zero). Se a marcar;:iio de po/aridadefoifeita
sem inversiio (0"), cOlleclando saida cW primario (sem
POlito) com entrada do secllndario (ponto), temos 220V
enlre os terminais 1 e 2.
Este raciocinio e usado constantemente na polariza'Yao e identifica'Yao dos
tenninais do transfonnador.
3.7. Ensaios fisico-
Os transfonnadores imersos em oleo isolante passam periodicamente por
ensaios incomuns para os estudantes de maquinas e1etricas. que sao os ensaios
fisico-quimicos. Com certa frequencia a rigidez diel6trica do oleo isolante deve
ser testada, pois esse oleo tern urn tempo de vida litH. 0 teste geralmente e
executado por empresas especiaJizadas em testes de laboratorio em que sao
verificadas as cond i'Yoes do oleo isolante para determinar uma poss ive! troca.
Normalmente as empresas retiram uma amostra do oleo par urn dreno,
com 0 transfonnador desligado. e enviam para amUise. De acordo com os
resultados, 0 oleo deve ou nao ser substitufdo,
L.._~3!.!.8!.! . ..!L~iga iies em transforllladores trifasico~,_ ........
Os transfonnadores trifasicos possuem enrolamentos primario e secun-
dario preparados para serem ligados de acordo corn 0 esquema de liga'Yoes
fomecido pelo fabricante. Os esquemas de liga'Yoes do fabricante geralmente
trazem a identifica'Yao dos terminais de alta e baixa tensoes com as letras H e
X, respectivamente. mas a16m disso, as bobinas componentes das fases sao
identificadas com a numera'Yao normalizada. Para fase R:(1 ;4).(7; 10); fase
S:(2;5),(8; 11); fase T:(3;6),(9; 12).
01 .... .... " .. ,., ... .. . , .. , ..... ~~~l~i~.~.~~~~r:~~~ ..... , .. , ......... .. .. .... " ' ..
Para reequilibrar as correntes desequilibradas no secundario, os transfor-
rnadores trifasicos de distribuiC;.1o tern 0 enrolamento prirnario conectado em
triangulo. De acordo com a defasagem angular,
0 fabricante reeomenda urn
grupo de ligac;oes para 0 transfonnador. Nos esquernas seguintes tcmos uma
ligac;.1o tipiea, triangulo/estrela, para transformadores do grupo B.
R
R
6 4
3 4 6 5
3 2
I,Tc---'5~tl<r2'---~'S T 5
TriaC"lgu lo 6 tenninais Estrel" 6 tenninais
Esqllemas de liga<;iles.
As ligac;oes devem ser efctuadas de acordo com as padri5es de ligac;ao e
respeitar a numera9ao nos terminais das bobinas. Seguem os esquemas de
ligac;.1o para transfonnadores com mais de seis terminais:
R
,
11
2
S 9 8 S T T
Duplo ti.!ongulo 12 tennin"is Dupl" estrela 12 terminais
)~
R
12 1 2*
"
6 4 10 12 9 7 11
6 9 8, 3 10
11 8 5 2 3 S
T 5 T 2
Tridngulu 12 tenninais Eslrel" 12 tenninais
.... ... ... ... ... .. ........... . ~r.~~s!~~~~~~~ .~~~~~i~~ ..... .. . . . .. . ... . .......... §
R
1
4
12
T3 11
6
Ugayao zigue-Zi'lgue 12 lerminilis
3.9. Execu~iio de medidas em
transformadores trifasicos
Qualquer illaquina elettica industrial, antes de ser conectada a rcdc de
energia, deve passar primeiramente por urn teste de isolayao eIetrica. 0
transformador nao e diferente e devemos executar 0 teste medindo a isoia<yao
entre bobinas centre bobinas e carcaya. Deve-se tambcm verificar a
continuidade das bobinas e sua resistencia 6hmica, procurando anomalias ou
diferenyas entre enrolamentos.
Se passar pela fase de testes de isolayao e resistt~ncia, ern ensaios de
laboratorio, devcmos testar 0 transfonnador para tadas as possibilidades
de ligayao indicadas pelo fabricantc. Na atividade industrial, apns ensaios de
isolayao, tcsta-se 0 transfonnador no futuro ambiente de trabalho, ligando-o
eonfonne a neeessidade e para as condiQoes previstas.
IsolaQao minima a 75°C de transformadores triH'isicos a oleo:
Sendo:
• RemMO:
• U emKV
• F em HZ
2,65-U
~k~A
Uma consulta a NBR5380 deve ser realizada para
obtenQao dos fatores de ajuste de temperatura e
para detalhes na detenninaQao da resistencia de
isolaQao de transformadores a oleo e a see~.
~ ....... • .. • ..•... . • . . • . . ... ... j~~~~j~.~. ~~~~r!~~~ ........ ..... ..... ... ... ...... .
3.10. Ensaio: transformador trifasico
Aten~ao
Esle ensa io deve ser executado sob a supervisao de urn profissional experiente e
habilitado, pais as riscos estao presentes. Se voce ja e urn profissional habilitado, deve
entender 0 que lenlamos esclarecer e lomar todas as medidas preventivas necessarias
para redu~ao de risco, evitando acidentes.
3.10.1. Ensaio de polariza~ao por tensso CA
Objctivo: Organizar as bobinas do transfonnador trifasico de modo que
possam ser executadas as ligayoes previstas, mantendo 0 equilibria entre as
tensoes e correntes do primario e do secundario, em que acontccem as respos-
tns de tcnsocs dcscjadas. Novamente este ensaio e urn exemplo de apiic8yao,
devendo 0 aluna lorna-Io como base para seu ensaio e reflexoes . Anote seus
resultados; nao copie os do livro.
Dados iniciais: Para polarizay3o par tensao CA, 0 unico dado de que
neccssitamos e a tensao nominal de cada bobina no prim.ario. Sabendo que a
tensao de alimentayao do primario para ligayao triangulo e de 220 V, podemos
conduir que cada bobina primaria suporta no maximo 220 V. A relayao de
transfonnayao individual das colunas do transformador em teste c aproxi-
madamente 311 (l V no secundario para cada 3 V aplicado a bobina do primario).
Formula para 0 ensaio: UL = UF * "I]
As Figuras 3.6 e 3.7 rnostram, respectivamente, 0 transfonnadar experi-
mental e a esquema e16tri co do transfomlador depois da polarizayao. Note que
apos a polarizayao temos todos os enrolamentos com sentido marcado par
ponto e numeros nos tenninais.
Fig/lra 3.6 Figura 3.7
Transformador Trifcisico f65\
..... ...... ... .... ... ...... .... .. .. ..... ... ... ... .... .. ... .... ... ..... ........ ~
1) Desenhe a vista frontal dos bornes de ligar;ao do transformador
trifasico, Figura 3.8. Com 0 auxilio de urn multimetro. identifique
todas as bobinas do enrolamento primario e as do enroJamcnto
secundario e marque no desenho. Anote a valor da resistencia 6hmiea
das bobinas. No exemplo foram eneontradas urna bobina secundaria e
tres bobinas prirnarias. Registre todas as ctapas de identificar;:ao e, se
for necessaria, far;:a varios desenhos como na Figura 3.8.
PrimMio
o
3.6 ohms
Figura J 8
o 0 0
000
o 0 0
1.2 ohms
No exemplo observamos a
medif;iio e a identificafiio de
algumas bobinas do primcirio e
do secundcirio. As bobinas do
lado de maior tensiio tem maior
resi.~tencia. Como a resistencia
das bobinas e muito baim,
podemos esperar erros de
medi{:iio, pOl·tanto 0 valor
medjdo aproxima-se do real, 0
(ransformador ensaiado (em
rela{:iio 220 V/36+ 36 Y.
2) Se nao for possivel saber quais sao as bobinas do enrolamento central,
coluna 2, voce precisa fazer esse teste antes de continuar. Alimente
urn dos enrolamentos primarios com tensao aproxirnada de 60 V
(30% de 220 V). Mer;a a tensao nas seis bobinas do secundario. Se 0
cnrolamento primano energizado for 0 enrolamento central, as tens5es
medidas terao a seguinte configurar;ao:
•
•
Bobina I :8,9 V
Bobina 4: 18 V
•
•
Bobina 2:9 V
Sabina 5:8,9 V
•
•
Bobina 3: 9 V
Bobina 6: 18 V
Ternos duas bobinas com valores iguais e superiores ao valor das outras
quatm bobinas que tam bern sao aproximadarnente iguais. Isso configura que
alimentamos 0 enrolamento primario central e 0 fluxo magnetico variavei
atinge primeiro 0 secundario central, por isso a maior tensao e encontrada nas
bobinas do secundario desse enrolamento.
e.- .............................. ~~~~j~.~s. ~~~~r~~~~ . ...............•..•.... • .. . ...
o fluxo variavel atinge as outras colunas com a mesma intensidade, pois
elas tern praticamente a mesma disUlncia do centro, par isso os val ores sao
iguais nas outras bobinas. 0 mesmo procedimento pode ser utilizado para achar
as bobinas das colunas dire ita e esquerda. Se alimentar 0 primario dessas
colunas com 60 V, encontram-se 18 V apenas no secundario das bobinas das
respectivas colunas. Apenas tenha 0 cuidado de alimentar e testar uma col una
de cada vez.
Organizando:
• Bobinas da coluna 2 central: bobinas 4 e 6 ~ 18 V
• Bobinas da coluna 3 direita: bobinas 2 e 3 ~ 9 V
• Bobinas da coluna 1 esquerda: bobinas 1 e 5 ~ 8,9 V
3) Com 0 auxilio dos desenhos fm;a as conexoes entre os enrolamentos
primarios das co lunas 2 e 3 do seu transfonnador, confonne a Figura
3.9. Alimente a prirnario da coluna 3 a esquerda com uma tensao
equivalentc a 30% da tensao nominal.
Figura 3.9
Conecte um voltfmetro entre as bobinm;
das colunas 2 e 3. Se a polaridade
estil-'er correIa, 0 valor da ten.vao
medida deve ser proximo it lem-ao
aplicada. Se a valor medido Jar muito
mel/or, iI/verla as pOllias do lerceira
coluna e reJar;a a medir;do.
Vaplicada = _ 60 V_
Vmedida = 60 V
4) Se a ten sao rnedida ficou proxima da tensao aplicada, entao marque
os enrolamentos confonne a Figura 3.10.
Figura 3.10
As coll/nas seguem a nllmerar;ao padrdo
para as bobinas dasJases, considerando
coluna 2 -Jase 2, coiuna 3 -Jase 3.
Lembre-se de que e 11m exemplo. No seu
caso uma das ponlas do voltimetro
es/ara eonee/ada ao 2 (entrada da
colima 2) e a oll/ra 00 6 (saida da
coluna 3) .
.. .. .... .. _ .. ... ... .......... . T:~~S!~~·~I~~~~~ .~~~~~i~~ ............ •.. • ........... .B
v
5) 0 mesmo procedimento deve ser seguido com relayao ao enrolamento
da coluna I. Confonne a Figura 3.1 1, alimcnte 0 enrolamento da
coluna 3 com tensao de 30% da tensilo nominal c mCya a tensao entre
os enrolamentos das colunas 1 e 2.
Figllra 3.11
Ligue os enrolamentos dos primarios
das collinos J e 2 conforme
0 desenho.
A lensiio no vollimelro deve eslor
proxima do lensoo indicada. Se Jar
muito menor, inverlo as bohinos do
coilina 1. Anole 0 valor do tensiio
medido:
Vmedido= 60 V
6) Se a lensao medida ficou proxima da tensao aplicada, entao marque
os enrolamentos confonnc a Figura 3. 12.
Figllra 3.12
o enrolamenlo primario esui todo
identificodo com 0 nllmerm;,:iio dos
bobinas de ocordo com os fosej.
ExeClile 0 leste 6 .0 para ler cerleza de
que esta tlldo correlamenle polarizado
no primario anles de passarmos 00
seCllndario.
a) Para ter certeza de que 0 primario esta polarizado e numerauu
corretamente, feche-o em estrela, com 0 secundario sem ligayao
nenhuma. Aplique 220 V trifasico no primario e melfa as tensoes
de fase e de linha. Se 0 primario estivcr corretamente polarizado
e numerado, a relayao das tensoes deve ser a seguinte:
•
•
UF = 127 V das tres fases para 0 neutro
UL = 220 Ventre as tres fases
Se algo estiver errado, isto e, alguma bobina estiver invertida (S, por
exemplo), voce encontra as seguintes tensoes de fase e de linha:
Nota-se 1,5xUF em duas fases e 2,5xUF na fase invertida. Quando
uma fase esta invertida no primario, c assim que as tensoes se
apresentam. Na linha temos:
GiL .. .. ........ ... ... ........ .. .. ~~~~j~.~s. ~~~~r:~~~· ............... ............... .
Se a maior tensao se apresenta na fase S, a bobina invertida e a da fase S.
Reverta a bobina da fase e normalize a situayao.
Registre nos desenhos a mudanya .
• :"I:
, , S
,
,
,
,
,
,
,
,
,
UL ~ •.• -. ,. S
- 110::.<
Figura 3./3
Cumo 0 primario esta ligado afonte, e
dificil enxergar a soma das tensaes de
fase (que deveria ser zero) com lima
fase invertida.
Do ponto de vista do secundario, flca
mais facil entender 0 que ocon'e quando
ha umafase inver/ida.
Se estiverem corretamenle polarizadas,
as Ires fases aplicadas ficam 120"
defasadas entre si. Como a fase S estci
inver/ida, a defasagem entre ReS, SeT
fica menor, 60°. Consequenlemenle, a
tensao de /inha entre essafase e menor.
7) Alirnente 0 enrolamento central, com tensao reduzida, como na figura:
2
60V
5
Figura 3.14
Met;a a tel/sao em cada uma das hohinas do
secundario. com a enrolamento primario
do co/una central alimentado com tensao
reduzida. e anOle as valores no fhnnato:
CO/llna I
Bobina seClinddria I ' 8,9 _ Volts
Sabina secllndaria 2' _8,9 _ Volts
Cullina 2
80binasecllndaria 1: 18 Volls
Sabina seClinddria 2: 18 Volts
Collina 3
Sabina seclIllddria 1: 9 Volts
Sabina secundaria 2: _9 _ Volts
8) Ligue as bobinas do secundario em serie, conforme a Figura 3.15, e
meya a tensao no secundario de cada coluna.
JE
Figllra 3.15
A lensao indicada no vollime/ro deve ser
superior as tensues individuais da~
bobillos. Se isso nao ocorrer, inverta a
ligat;ao das bobina.\', ligue entrada com
entrada au saida com saida e met;a
novamenle. Anote a valor medido.
Colunal -=> Vmed = 17 V
~r.~~.~~~~~~~ .~~~~~i~~ .... . .. . . . .... . . . • ..•... . .. B
9) Rcpita 0 procedimento anterior para as bobinas do secundario das
colunas 2 e 3, anotando os val ores encontrados.
• Coluna2 => Vrned ~ 36 V
- -
• Coluna3 => Vrned ~ 18,3 V_
10) Ligue em serie os conjuntos de bobinas do secundario da primeira e
segunda colunas de acordo com a Figura 3.16.
J 8 JE
Figura 3.16
Mera a tensiio nas extremidades das
eolunas con/urme indicado. A tensiio
indicada deve ser proxima da soma das
(ensoes medidas nos seeundarios das
colunas separadamente. Se niio for, inverla
a /igar;iio entre as eolunas.
Anote 0 valor da tensiio medida.
Vmedida = 53 V
Nota
Nesse momento numere as pontas dos secundarios, tendo em mente que, como
estamos interligando colunas, devemos ligar saida com saida, pois ha defasagem de
1200 de uma coluna para a outra.
11) Interligue as colunas 1 e 2 ja polarizadas com a col una 3, como
demonstra a Figura 3.17.
]88 J
Figura 3.17
Mera a teusiio entre as eolunos 2 e 3,
confonne a jigura ao lado. Obviamente 0
resultado deve aproximar-se da soma das
tensoes individuais das duas colunas. Se
hO/IVer lima diferenra signifiealiva, inverta
os tenninais do conjunlo da coluna 3.
Anore 0 valor da ten.~iio medida.
Vmedida = _54,3 V_
12) Numcre os enrolamentos em sequencia de acordo com 0 resultado
obtido e como exemplificado em seguida.
Figura 3.18
Apos marcadas todas as bobinw.· com os
respeetivos numeros, e hom de feslar os
esquemas de /igar;oes para u lran.~tormador.
Niio se esquer;a de que, apos realizada a
ligariio no primario, os terminais passariio
a ser identiJicados como H 1, H2 e 113 0
secundario eomoXI, X2 eX3.
& Maquinas EMtrieas
..... .. ... .. ..... ............................ ........ .... ..... ..... . .... ... ...
Para verificar se esta tudo ligado corretamente, utilize a liga((ao
estrela 12 pontas para 0 secundario, ligue 0 primario em estrela e ali-
mente com 220 V. Me((a as tensoes de fase e de linha no secundario.
Se houver diferen9as, proceda como exemplificado no item 6, Figura
3.13, aplicando ao secundario. Os resultados dos testes no secundario
podem ser vistos a seguir:
UF_R ~ 72 V, UF_S ~ 72 V, UF_T~ 72 V
U]S ~ 124 V, U_ST ~ 124 V, U_RT ~ 124 V
3.10.2. Testar liga~Oes e rela~oes de transform'!S",ilo,,-_
Objetivo: Verificar as possibilidades de ligayoes para a transfonnador trifa-
sico disponivel. Anotar todos os valores de tellSao de fase e de linha possiveis.
Aten~ao
Sempre que for realizar alterayao nas liga¢es do transfonnador, desligue a alimentayao.
Mantenha 0 transfonnadof energizado apenas enquanto estiver realizando medi¢es.
1) Teste cada urn dos esquemas de liga((ao, anote a ten silo de linha
medida para as liga90es triangulo e as tensoes de hnha e de fase para
as ligayoes estrela no secundario.
Pl"imario 6 6 6 6
Secundario A !.A 6 ZZ
UL=220 UL=111 UL=127 UL- I90
Tensoes de UF=127 Uf=63 Uf =127/63 UF"' lll164
linha e de rase
medidas nas UL- 220 UL*111V UL- 127 UL" l90
rases R, SeT UF- 127 UF=63V UF"" 127/63 UF- l 1 1164
rcspectivamcntc
em volts UL=220 UL~1I1 UL=I 27 UL- I90
UF- 127 UF063 UF- 127/63 UF- l 1 1164
........................... .. . ~~a.~s(~~~,~~~~~ .~~~~i~'~ ............ .. ... . ..•.. . ... B
Primario I. I. A A ).
Secundario ~ M H ZZ A
UL= 74 Ul.=36 Ut =63 Ul-ll1 Ul- 128
Tens3es de UF- 74137 UF- )6 u r " 36 UF=62137 UF=74
linha e de rase
medidas nas UL=74 Ul=36 UL=63 UL=lll UL=128
fases R, SeT UF=74137 UF=36 UF=36 IJF=62137 UF=74
respeclivamcnte
em vOllS Ul =74 UL- 36 Ul-63 Ul - III UL- 128
UF-741l7 UF-36 UF=36 UF=62137 UF=74
2) Construa duas tabelas scmelhantes as anteriores e anote os val ores
calculados para as liga~oes. Utilize a relar;ao de transforma~ao
encontrada e considere para ligay3.o triangulo UP = UL e para liga~ao
estrela UL = UF x.J3 . Para Jigar;:ao ZZ considerar UL;::: UF x.fi nas
extremidades e UL = UF x 3 no joelho. Compare sellS dlculos com
os val ores medidos.
3.10.3. Ensaio de olariza 80 or olpe indut'v
Objctivo: Detenninar a polaridade das bobinas do transformador atraves
de golpe indutivo aplicado no Iado de tens3.o mais alta.
Importante
o golpe indutivQ deve ser apficado do fado de alta para 0 fado de baixa tensao.
Desobedecida esla regra, 0 risco de descarga efetrica e aftissimo.
Figura 3. /9
o ensaio de polaridade por golpe indutivo e mais simples de ser realizado,
mas exige urn instrumento nao convcncional para indicar 0 sentido da corrente
do golpe, 0 galvan6rnetro. Alem disso, sao necessarios uma fonte de corrente
continua e urn botao de pulso em sene para comandar 0 pulso de tensao
aplicado no primario.
@L .............. .......... ..... Mtiquin.~s. ~~~~r:~~~
. .........•........
o galvanometro deve suportar 0 golpe refletido no secundario eo pulso de
tensilo deve ser aplicado sempre no enrolamento de tensilo mais alta com
tensao continua calculada. 0 procedimento desse ensaio e ligar 0 positivo da
bateria a dctenninado terminal do enrolamento e marcar esse terminal com urn
ponto (como na figura anterior).
Aplicado 0 golpe, 0 sentido da corrente refletida no galvanometro deve ser
positivo e 0 mesmo para todos os enrolamentos do lado de tensao mais baixa,
sendo marcado com ponto tambem.
3.11. Banco de transformadores monofasicos
Aplicando os conhecimentos adquiridos, e possivel montar uma unidade
transformadora trifasica com tres transformadores monofasicos. 0 aspecto
geral da montagem fi ca como representado na Figura 3.20.
Primano
R
4
5
2
5
S
3
6
Figllra 3.20
R
4
2 5
5
3 S
6
Secundano
Temos Ires tronsfomwdores monofasicos
com polm'idades igllais trabalhando juntos
em um sislema trifilsico. 0 primario e 0
secunddrio foram fechados em e:,·trela
110 exempio.
Se houver disponibilidade de tres transformadores monofasicos com
rclayao de transformayao, impedancia percentual e defasagem angular seme-
Ihantes, e possivel realizar 0 experimento. No exemplo citado temos tres trans-
formadores monofasicos 220/127 V fcchados em estrela e ligados a uma rede
de 380 V. Na saida temos uma rcde tri fas ica de 220 V com tensao de fase
127 V .
. • . . . . • . . • . . • . . . . • . . . . . . . T~a.,~s!~~~~~~~~ .~~~~~i~~ . ... . . .. .. . .. . . .. . . . .. . .... £j)
1) Cite algumas aplicayoes do transfonnador trifasico.
2) Utilize as tabclas de c1asse de proteryao e defina que tipo de proteyao
possui urn transfonnadar com IP 62.
3) Para que serve 0 oleo no transformador?
4) Quais os testes de rotina que devem ser realizados em urn trans-
fonnador trifasico?
5) Descreva brevemente 0 ensaio de polarizayao por CA.
6) Qual 0 valor da tensao de fase no secundario de urn transformador
fechado em estrela se medinnos 127 V de tensao de linha no
secundario?
7) Quais as condiyocs para que seja possivel ligar do is transformadores
trifasicos em paralclo?
8) Descreva 0 ensaio par golpe indutivo.
0L ............ .......... ... .... . ~~~~i~.~S. ~:~t~.i~~~ .. _ ........................... .
Outros Transformadores
4.1. Autotransformador
Para reduzir custos Oll em situar;oes especificas, pode-se optar pela
utilizayao Oll construy3o de urn autotransformador. Elc mio diferc muito de urn
transfonnador monofasico no que diz respeito aD ferromagneti co desse equipa-
mento. A grande diferenya e, consequenternente, 0 segredo esta no sistema de
bobinas. No autotransforrnador miD ha mais primario e secundario como dois
enrolamentos distintos, na verdade temos apenas urn enrolamento que serve
como primario e como secundario aD mesmo tempo, Figura 4.1 .
Com isso se esperam menos perdas no co bre e consequente aumento no
rendimcnto. 0 aspecto comercial de urn autotransforrnador para uso domiciliar
pode seT v isto na Figura 4 .2.
Figura 4.1 Figura 4.2
Obviamente h<i wna economia, ja que nao temos mais do is enrolamentos,
mas tudo tern urn prer;o. Perdernos a isolar;ao eh!trica entre entrada e saida, po is
o mesmo caminho eletrico que constitui a entrada constitui a saida. Outro fator
Oulros Transformadores f7'5\
. . . . . -. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~
importantissimo que deve ser levado em consideracao antes da oPCao por urn
autotransformador e a potencia do equipamento.
Pode-se observar que nao circula a mesma corrente nas duas sec5es do
enrolamento; par exemplo, urn autotransforrnador de 210 V170 V fomece uma
corrente de lOA para uma determinada carga com 70 V atraves do secundario,
en~o temos 700 VA e lOA fornecidos it carga. Se ha uma carga de 700 VA, 0
primario deve garantir esses 700 VA; a 210 V temos uma corrente fomecida de
3,33 A.
A corrente fomecida percorre 0 segmento do
enrolamento superior primario, descendo,
cncontrando-se com os 6,66 A produzidos
por inducao no segmento do secundario e
suprindo a necessidade da carga. Passando
pela carga, esse total de lOA retorna a fonte
pelo flo comum da fonna apresentada na
Figura 4.3.
1(\>\
--+
+-
lOA
Figura 4.3
Em outro exemplo, se desejamos uma potencia de 300 V A na saida, a
entrada deve suprir a futura dernanda. Portanto, para urn transfonnador de
300 V Ali i 0 V no primario e 48 V no secundario, temos Iprimaria = 2,73 A.
Para a secundario, de mesma patencia, desconsiderando perdas, temos uma
corrente Isecundario = 300 V Al48 V = 6,25 A.
Conclusiio: Se fabricannos 0 autotransformador com 0 condutor dimen-
sianado segundo a corrente primaria, ocorrem perdas enormes, aquecimento e
posslvel queima (S = 48 V x 2,73 A = 131 ,4 VA) se ultrapassada a potencia
maxima com esse condutor, 0 que nao e raro de ser observado em transfonna-
dores e autotransformadores de procedencia duvidasa.
Figura 4.4
& ... .. .... .. .. ... ............. . W:~~~i~I.~S. ~:~~r!~'a: .. ............ ... ... .......... .
A aplicac;ao de autotransfonnadores e indicada quando nao ha necessidade
de isolaryao eh~trica entre primario e seeundario e a reduc;ao de tensao nao
u1trapassa 50% da tensao primaria, como, por exemplo, 0 autotransfonnador
trifasico para sistemas de compensac;ao de partida de motores (chave
compensadora), que possui taps de 50%, 65% e 85% da tensao de entrada,
Figura 4.4.
Existem situac;oes em que encontramos a filosofia do autotransfonnador
ap licada em outros dispositivos. Em aplicac;oes CC em que se deseja uma
elevada tensao CC de salda a partir de pulsos de entrada, pode-se utilizar
autotransformadores desenhados e projetados para esse fim. Exemplos: bobinas
de igniyilo, flybacks etc.
Em equipamentos industriais, ern que existe uma fonte de CA ajustavei, e
comum encontrar como elemento ativo dessa fonte urn simples autotrans-
fonnador ajustavel. Como dito anteriormente, uma razao forte para isso c a
economia, outra a simplicidade de urn autotransfonnador ajustavel, Figura 4.5.
Nonnalmentc, por questao fisica do equiparnento, 0 enrolamento e bobinado
sobre urn nueleo em fonna de toroide.
]sAl'"' Prim6rio Secund~rio
Figura 4.5
Aproveita-se 0 mesmo enrolamcnto primario como secundario, mas desta
vez a saida funciona selecionando 0 numero de espiras necessarias para
produzir determinada tcnsao na saida do transformador. Em laboratorios
encontramos autotransfonnadores ajustaveis que operam em equipamentos
como 0 V ARlAC. Urn ponto irnportante e que mesmo em equipamentos
comercia li zados nao se leva em consideraC;ao e que 0 fusivel de protec;ao
nesscs equipamentos, por ser indutivo, nao deveria scr de aryao nipida .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . ~~~~~s. :~.~~~~~~,~~.~~~e:~ ............... .... ......... .B
____ ....;z:"""'Transformador de otencial
As aplica~oes para transfonnadores sao muitas, mas em alguns cases csses
equiparnentos tern papcl tao importante em uma aplicafYao que recebem urn
sobrenome. 0 transfonnador de potencial, Figura 4.6, por exemplo, e utilizado
em sistemas de prote~ao para sistemas de potencia.
Figura 4.6
Suponhamos urn sistema de patencia em 13,8 KV que necessite de
sinaliz3Y3.o de nivel de tcosao na porta do seu painei de comando. E 6bvio que
nilo podemos instalar urn voltimetro de paineJ que meya diretamente os 13,8 KY.
o transfonnador de potencial, oeste casa, participa do sistema de mediyao,
abaixando 0 nivel de teo sao para seT aplicado ao voltimetro. 0 voltirnetro
possui escala de 0 a 13,8 KV proporcional a baixa tensao aplicada.
o transformador de potencial tarnbem pade
ser usado para acionar as bo·
binas dc gatilho de disjuntorcs dc alta tcnsao, pois sena inviavel comand6·las
em alta tensao, sendo aplicados em sistemas de prote~ao.
o transfonnador de corrcnte tambem e urn cquipamento de extrema
impuTlam:ia em sistemas de patencia. Assim como a transfonnador de
potencial, podemos encontrar transformadores de corrente para medi9Zio,
Figura 4.7, e para prote9ao, Figura 4.8. Sua aplica9ao pode ser deduzida da
necessidade de indica~ao da corrente de linha em urn sistema cuja corrente
instantanea e 2000 A.
Como podemos ler cssa indica9ao de corrente em urn painel de comando?
E: neste caso que entra 0 transfonnador de corrente. Com rela9ao de 2.000 A
f'78\ Maquinas Eielricas ~ ............. .. ..... .................... ................. ..... ..... .... .. .... .
para 5 A temos urna corrente reduzida em sua saida, mas equivalente a corrente
real mcdida. Existem outras reiafYoes de transforrna~ao. Para tcr acesso a elas
consultc os diversos fabricantes de les presentes no mercado.
Figllra 4.7 Figura 4.8
Ha uma diferenya entre os transformadores de corrente para mediyao e os
transformadores de corrente para prote~ao, principalmcnte no aspecto cons-
trutivo. Primeiramente veremos a maxima corrente de secundcirio em regime
pennancnte, que deve ser iguai a nominal descrita no manual do transfonnador,
por exemplo, 5 A. Em regime transit6rio, isto e, em situac;;oes em que a corrente
ultrapassa a nominal por algum tempo, deve-se consultar 0 fabricante a respeito
do tempo que 0 transformador pode suportar uma detenninada sobrecorrente.
Em transformadores para protefYao, a tensao de isoJac;;8.o do TC e maior e a
corrente transit6ria suportada mais ampla. Os manuais de fabricante geralmcnte
vern com todas as especificac;;oes necessarias ao projeto e e possivel notar isso.
Alguns aspectos importantes com relayao ao TC s6 sao entendidos com
urna pequena analise matematica do dispositivo. A Figura 4.9 mostra 0 modele
matematico do TC.
.l!'- Sende:
L" • IP = corrente primaria Xmog
• 11 = corrente secundaria total +--
'mog
• Is = corrente secundaria
'"' • Xmag = reatancia de magnetizat;ao
A dJ's • Xd = reatancia do amperimetre
Figura 4.9 • E = tensao nos tenninais do TC
.... ........... .............. ~'.I~~~~~ :~~~'~~~I"~~~~~~s ............................ .B
Supondo urn TC com reiayao 500/5 A, instalado em um sistema com
Jp = 500 A e corrente secundaria = 5 A, temos a seguinte situayao: 11 = 5 A,
E = 10 V, Imag = 0, I A, Is = 4,9 A, lido no amperimctro.
Calculando, temos: Xt ~ Xd II Xmag ~ E l ls ~ 2,04 n
Se 0 transfonnador de corrente for aberto, isto e, 0 amperimetro for
retirado dos tenninais de mediyao, a tensao nesses terminais sobe consideravc1-
mente, pois a reatancia de magnetizayao, que e alta, e 0 unico caminho para a
corrente de 5 A:
Xt ~Xmag
Aplicando essa corrente a curva de magnetizayao do TC, Figura 4.10,
temos uma tensao de 800 V. 0 TC pode nao resistir a essa tensao e havera uma
ruptura dieletrica.
4.80
E(V)
800V -----------------. ~__r-
10
O,IA SA
Figllra 4./0
Imag(A)
Observe a tensiio nos terminais do TC de
acordo com a corrente de magnetizariio. Fica
claro que essa corrente delle ser man/ida
baixa, portanto nada de abrir os lerminais do
TC enquanfO de frabalha. A curva de
magnetizariio e fornecida pelo f abriconte.
A instalayao c~rreta de urn instrurnento de mediyao de corrente eventual
ligado a urn TC pode ser observada na Figura 4.11.
Figllra 4.1 J
Sendo bI urn botao de leitura que, ao ser pressionado, permite que a
corrente do sccundario do TC chegue ao ampcrimetro, poss ibilitando a leitura.
Para instrumentos que rcalizam medidas constantes, deve-sc ligar 0
amperimetro direto ao TC, com 0 cuidado de realizar a conexao com 0 sistema
desligado. Se nao for possive!, feche os terminais do TC em curto, conecte 0
amperimetro e entao retire 0 curto.
~ Maqllinas Elefricas
..... ........ ... ......... .............................. ... ..... .. ...........
4.5. Ensaio: re u1m:iio de tensiio em transform adores
Objetivo: Estudar 0 comportamento da tensao de saida do transformador
com 0 aumento de corrente para os tres principais tipos de carga: rcsistiva,
indutiva e capacitiva .
Equipamentos utilizados: transfonnador isolador 1201120 V, fonte CA
ajustavel de 0 a 220 yeA, conjunto de capacitores, conjunto de indutores e
conjunto de resistencias, lodos com reatancia equivalente as indicadas nas
tabelas de ensaio e dissipay30 de potencia adequada. Sao necessarios dois
amperimetros CA e dois voltimetros CA que [a9am a leitura dos niveis de
tensao utilizados com seguranya.
Nota
Podem ser ulilizados Quiros transform adores com valores diferenles e reatancias
lambem diferentes como carga. Apenas refaga as labelas e os graficos de acordo com
seus equipamentos. A analise final deve leva-Io as mesmas concius6es.
Procedimentos
1) Monte 0 circuito representado
na Figura 4.12. Mantenha a
fonte CA desligada.
Figllra 4.12
2) Monte inicialmente a tabela para cargas puramente resistivas, Tabela
4.1. Com 0 secundario aberto, sem carga, ligue a fonte e ajuste-a para
120 VCA. Anote os valores lidos no voltimetro, no amperimetro do
secundario e no amperimetro do primario na Tabela 4.1.
ZL (ohms) I primario (rnA) I sccu ndario (mA) V sccundario M
Scm carga 20 0 120
1200 100 100 119
600 200 190 117
400 290 285 11 5
300 395 380 112,5
240 480 475 110
Tabda4.1
3) Desligue a fonte , aplique a carga de 1.200 .0., religue a fonte, execute
as medi~oes e preencha a tabela como foi feito na Tabela 4.1. Repita
Qutros Tramfonnadores f8l\
...... ... ... ..... ... ...... . ~
o procedimento para os Qutros valores de impedancia de carga
constantes na tabela. Ao tenninar, desligue a fonte.
4) Construa urn grafico que exprcsse a variat;:ao de corrente e tensao no
secundario em funt;:ao da carga purarnente resistiva apl icada.
125
120
~ 115
~
< 110
'" 105
100
0 100 200 300 400 500
Corrente (rnA)
5) Repita os procedimentos dos itens 2 e 3, agora para cargas indutivas,
e preencha a Tabela 4.2.
ZL (ohms) I prima rio (rnA) I secundario (rnA) V secunda rio (V)
Sem carga 20 0 120
1200 105 100 118
600 202 197 115
400 300 290 112
300 375 370 110
240 460 450 108
Tabela 4.2
6) Construa urn gratico que expresse a variat;:ao de corrente e teosao no
secundario ern fun((30 da carga indutiva aplicada.
120
~115~ ,~~
;§ ]]0
105
100
o 100 200 300
Corrente (rnA)
400 500
(§L ............ ... ... ....... .... . ~~~I~i~.~S. ~~~~'·.i~~~ .......•.. • . . .. . . .... • . .• . . ... •
7) Repita os procedimcntos constantcs nos itens 2 e 3, agora para cargas
capacitivas, e preencha a Tabela 4.3.
ZL (ohms) I prima rio (rnA) I secunda rio (rnA) V secundario (V)
Sem carga 20 0 120
1200 105 100 122
600 202 230 125
400 300 330 127
300 375 445 130
240 460 530 132
Tabela 4.3
8) Construa urn grifieo que expresse a varia~ao de corrente e tensao no
secundario em fun~ao da carga eapacitiva aplicada.
135
130
?:
~ 125
c
'" 120
115
0 100 200 300
Correnle (mA)
400 500 600
9) Analise os dados obtidos e os graticos eonstruidos e responda as
questoes a seguir com relayao ao ensaio:
a) Calcule a regulayao de tensao ern % do transformador para cada
tipo de earga, utilizando os dados do ensaio com carga puramente
resistiva, puramente indutiva e puramente capacitiva. Utilize a
fannula:
R%
Sendo:
UsaidaSC - UsaidaCC x 100
UsaidaCC
• UsaidaSC = tensilo de saida scm carga
• UsaidaCC = tensao de safda com carga
. ... . .. .. ...... . ..•..• . ...... ~~~~~~: ~~~~~~~~~~.~~~e~ . .......• . . ... . .......... . .. §
b) Por que a tensao
na carga elevou-se com a elevayao da
impedancia da carga capacitiva?
c) Pense bern! Se tivennos as mesmas condiyoes de earga em
potencia (VA) para carga resistiva, indutiva e capacitiva, qual
desses tipos de carga produziria menos aquecimento do trans-
fOl1llador? Por que?
4.6. Exercicios de rlXa 30
1) Quais as vantagens e desvantagens de urn transfonnador cornum com
relayao a urn autotransfonnador?
2) Cite urn exemplo de aplicayao de autotransfol1llador ajustave1.
3) 0 que e transfonnador de potencial e qual a sua aplica9ao?
4) Qual a aplicabilidade de urn transfonnadoT de corrente?
5) Quais as diferenyas entre transfonnadores de corrente para mediyao e
transfonnadores de corrente para protey80?
6) Par que nao podemos deixar a sectmdario abcrto ern urn transfor-
mador de corrente?
7) Dcscreva 0 procedimento basico para tToca ou instalayao de ampe-
rimetro ligado a urn TC com 0 sistema energizado e com 0 sistema
dcscnergizado.
8) Monte urn experimento, ao menos teanco, para levantar a curva de
magnetizayao de urn TC.
~ ...... • ..........•.. . ......... ~~~l~i~~. ~~~~r!~~~ ...... ........................ .
Motor CC
o motor de corrente continua nao deveria sec urn misterio para ninguem,
pais quase lodos, conscientemente Oll nao~ manipulavam urn brinquedo quando
criao'Y3, cuja fon;a motora era exemplo desses motores. Quando nos referimos
a urn motor, lcvamos em considera'Y3o 0 seu tipo de alimentavao. Obviamente,
os motores CC sao alimentados por corrente continua. Essa tensao aplicada ao
motor tern por finalidade energizar os enrolamentos no motor, produzindo
polos eletromagneticos que fonnam a for9a magnetomotriz.
Ha alguns anos pcsquisadores e cientistas da area de engcnharia eletrica
desenvolvem equipamentos e novos motorcs que padem, em muitos casos,
suhstiruir os motores de Cc. Em outras situ3'Yoes, ainda e compensadora a
utiliza9ao desse tipo de maquina. A principal aplicay30 do motor CC esta
ligada ao controle de vclocidade com necessidade crftica de torque, isto e,
motores de corrente continua sao excelentes escolhas quando necessitamos
manter urn torque consideravel, mesmo variando a velocidade.
Atualmente c possivel variar a velocidade de motores CA com inversores
de frequencia, mas em algumas situayoes esse tipo de conjunto simplesmente
nao atende as condicoes de torque exigidas e traz outros problemas, como a
poluicao da rede, que talvez 0 futuro resolva.
Podemos encontrar motores CC ao abrir e fechar vidros, partir rnotores, no
metro, em tr6lebus, enfim, em uma infinidade de apiic3yoes .
. . . . . . . . . . .. . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~~t~~. ~~ ..................... . . . ..... . .... §
cionamenJo
Para demollstrar 0 principio de funcionamento do motor ee, vamos
reduzi-Io a tres componentes basicos, que sao bobina, campo magnetico fixo e
comutador, Figura 5.1.
Podemos apontar quatro estagios fundamentais para analisar 0 funciona-
mento do motor cc. Alem disso, vamos utilizar uma variante da regra dos tres
dedos da mao direita, a regra da mao direita para motores, Figura 5.2, para
determinar 0 scntido de rotayao do motor.
Figura 5.1- Primeim esttigio.
Figura 5.2 - Regra da mao direifa para matures.
o po/egar indica 0 sentido da /orra, 0
indicador 0 sentido da corrente e 0
restanle 0 sentido do campo.
1) No primeiro estagio temos a bobina de uma espira posicionada
paralelamente ao campo, totalmente atingida pelo campo rnagnetico
criado pelo fma fixo. A bobina esta sendo alimentada pelo comutador
com polaridade mostrada. Sabemos que pelas leis do eletromagne-
tismo, essa espira percorrida por uma corrente eletrica produz outro
campo magnetico em tomo da espira que causa urna rear;:ao da bobina
dentro das linhas de fOf(;;a do campo fix~, detenninada pela regra da
mao direita para motores. 0 dedo indicador aponta 0 sentido da
corrente, 0 polegar a direr;:ao do rnovimento e os dedos restantes 0
sentido do fluxo.
2) No segundo estagio a bobina girou no sentido determinado e esta em
urna posir;:ao em que e pouco atingida pelas linhas de forr;:a, portanto
nao ha rear;:ao entre 0 campo fixo e 0 da bob ina, mas esta continua a
girar por ar;:ao da forr;:a anterior, ate atingir 0 pr6ximo estagio.
Figura 5.3 - Segundo estdgio.
A bobina girou no sentido indicado pe/o
po/egar. de acordo com a regra da milO
direita. Observe a marca~iiu nu comu/ador
( /,2). No segundo esujgio a bubina sofre
pOllca a~'iio do campo, mas passa para 0
proximo es/agio ]Jor can/a da w;:r"io
anterior.
3) No terceiro estagio h3 urna inversao da posi~ao da bob ina, mas ncste
caso e que entrou 0 comutador. Sua fun~ao e manter a corrente
circulando sempre em urn sentido. Se voce observar, 0 cornutador
inverteu as pontas da bobina, fazendo com que 0 polo positivo fosse
ap licado na extremidade superior, como no estagio 1. Com isso temos
uma repetirrao do estagio 1, em que a corrente aplicada a bobina cria
urn campo magnetico ao seu redor que age com 0 campo magnetico
fix~, produzindo uma arrao fisica da bobina na direrrao indicada pelo
polegar .
..... .... .. ...... ...... . ..... . .. .. . ~~t~,..~.~ ...... .. .. ..... ... . .. . ...... ...... .B
Figura 5.4 - Terceiro eslagio. Figura 5.5 • Quarto estcigio.
4) No quarto estagio temos uma posi'Yiio intennediciria em que a bobina
esta inclinada com relacao ao campo em urn angulo de aproxima-
damente 30°. Esse estagio serve para comenlannos a acao continua
sofrida pela bobina com a interacao dos campos. Essa a'Yao tern seu
maximo no estagio 1 ou 3, e ate que atinja 0 esrngio 2, tern sua forc;:a
reduzida confonne 0 aumento do angulo, sendo 0 no cstagio 2. 0 motor
passa do estagio 2 ao 3, au do 2 ao I, pois a forca produzida no estagio
1 ou 3 e suficiente para que ele tenha urn deslocamento maior que 90°.
Estc C 0 funcionamento, descrito de forma simples, para os motores
de corrente continua de urn modo generico. Mais a. frente vai notar
que nao e tao simples assim, mas e urna base estruturada para aplicar
nos desafios que vao surgir, pais teremos de lidar com tennos mais
tccllicos e fenomenos urn pouco mais complex os, como a forc;:a
contraeletromotriz (FCEM).
5.3. As tos construtivo
Os motores de corrente continua, em termos de manutenc;:ao e ~as, sao
bastante complexos. Eles exigem conhecimento, habilidade e urn programa de
manutcnc;:ao cficiente. Sua aplicaCao em sistemas de controle de velociuaue em
que 0 torque e urn item impoI1antissimo, em alguns casas, ainda nao encontrou
substituto tao eficiente, como 0 caso de pontes rolantcs em indlistrias
siderurgicas. A eficiencia tern urn pr~o. Os sistemas eletronicos de controlc de
velocidade e 0 proprio motor CC dcvem ter urn plano de manutemr30 especifico,
pois 0 desgaste de algumas ~as pertencentes ao motor e a satura'Yao de alguns
componentes eletronicos ~o evidentes e proporcionais a. utilizaCao dos sistemas.
@. ...... .............. ......... . ~~~~i~.~. ~~~~.i~~~ . . ... , ... . ..•..•...... . ...• ....
A melhor maneira de conhecer as partes componentes de uma maquina
CC e visualizando-as, Figuras 5.6 e 5.7.
Fig l/ra 5.6 · Armadur a. Figura 5. 7 • Armadllra dcn1ro do es1aror.
Uma descrl'Yao minima das partes envolvidas completa de fonna sucinta a
apresentacao do motor:
I) Estator: este e a nome dado a parte fixa do motor, que pode canter
urn au mais enrolamentos par polo, todos prontos para receber
corrente continua e produzir 0 campo magnetico fixo. 0 cnrolamento
no estator pode ser chamado de enrolamento de campo. Cada enrola-
menta por polo no estator pode conter urn enrolamento de campo
paralelo (shunt), construido com fio de menor Se((30 e muitas espiras
e no interior do enrolamento shunt, podemos encontrar a enrolamento
campo serie, construido com fio de maior seyao
e poucas espiras.
2) Armadura: e urn rotor bobinado cujas bobinas tambem recebem
corrente continua e produzem campo magnetico.
3) Comutador: garante que 0 sentido da corrente que circula nas bobinas
da armadura seja sempre 0 mesmo, garantindo a repulsao continua
entre os campos do estator e do rotor, 0 que mantcrn a motor girando.
4) Escovas: geralmente feitas de liga de carbona, estao em constante
atrito com 0 comutador, sendo responsaveis pelo cantata el6trico da
parte fixa do motor com a parte girante. Pode-se deduzir que as
escovas sofrem dcsgaste natural com a tempo, necessitando de
inspc'Yoes regulares e trocas peri6dicas.
5) Interpolos e compensa~ilo: enrolamentos inseridos no estator, entre
os palos e na sapata polar respectivamente, ligados ern serie com a
annadura. que reduzem as efeitos da reayao da arrnadura (desloca-
mento da linha neutral quando cia e percorrida par uma corrente
significativa.
Motor CC f89\
...... . .. ..... ... ............................................................. ~
5.4. Tipos de ligat,:iio e caracteristicas de
funcionamento de moto,!r~e~s ~C,-,C,,-___ _
Ligar urn motor de corrente continua envolve born conhecimento da
aplica~ao que ele vai acionar e do proprio motor. Ate agora temos os cnrola-
mentos de campo no estator (shunt e serie), que podern ser cxcitados com
tensao extema, e 0 enrolamento da armadura, Figura 5.8. A questao e como
cancetA-los e com qual objetivo? 0 que acontece internamcnte em se tratando
de campo magnetico?
Enrolamento
I A 5 C 3 E
Note o.~ lem/inais J e 2 ligados as e.fcovas e
em contatu com 0 comutador do annadura.
o enmlamenlO shunt do estator pos.wi a
numero9iio 5 e 6, e a ser;e a nllmerar,:ao 3 e
4. Lembre-se sell/pre de que 0 enrolamento
shunt e formado pOl' lIIuirus espiros de jio
de menor .se~iio. enquwllo 0 enrolame/llo
serie e forll/ado POI' poueas espiras de 11m
2 B 6 0 4 F fio de Sl'f;iio maior.
Annl:tdura Shunt sene
Figura 5.8
As bobinas de campo do estator alimentadas produzem campo magnetico
no estator cujas linhas cortaram a annadura. Se houver uma forya eletromotriz
(FEM) na armadura, ela gira e suas bobinas atravessam constantementc as
linhas de campo do estator, cri ando na annadura uma for~a contraeletromotriz
(FCEM). No que isso e importante?
Mcdindo a resistencia ohmica do enrolamcnto da armadura, podemos
facilmente calcular, com a aux..ilio da lei de Ohm, a corrente que atravessaria
esse enrolamento se fosse alimentado, isoladamente, com detenrunada tensao:
Para que 0 motor gire, devemos fazer com que 0 enrolamento da armadura
seja atravcssado por uma corrente. Essa corrente calculada nao condiz com a
condi~ao da maquina em funcionamento, pois gra~as a for~a contraeletromotriz
temos a equar;ao:
I ~ (FEM - FCEM) / R
@L . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ~~~I~i~.~. ~~~t~.i~~.~ ........ . ..•..•....•..•..•.... •
Se aplicannos mais FEM, a corrente e a velocidade aumentam. Se diminu-
innos a FCEM, a velocidade do motor tambem aumenta, podendo disparar.
Quanto maior a ayao da FEM na annadura, maior a velocidade.
Conclusao: A velocidade em urn motor de corrente continua esta relacio-
nada com a FEM aplicada a annadura e com a FCEM gerada na armadura pelo
campo magnetico do estator cortando a armadura. Anote isso!
Importante
Se urn motor estiver ligado e com determinada rolagao, essa rotaQao tern relagao com a
corrente Que circula na armadura. Como a corrente Que circula na armadura 9 resultado
da diferenc;a enlre FEM e FCEM, se perdermos 0 campo do estator e, consequen·
lemenle, a FCEM, a corrente aumenta significativamenle. 0 molor corre urn grande
risco de "disparar" e sofrer danos medmicos em mancais, rolamenlos, buchas, al9m de
colocar em risco as pessoas Que trabalham com ele.
Tenha em mente:
• FEM: for'ra relacionada com a tensao aplicada a armadura respon-
savel pela corrente que circula por ela e que resulta em forya motriz.
• FCEM: tensao induzida na armadura quando esta carta 0 campo
gerado no estator que se opoe a FEM. Essa farya deve estar sempre
presente no motor Cc.
Para evitar acidenles e prejuizos desnecessarios, vamos estudar as fo rmas
de ligayao do motor de corrente continua e suas aplicayoes. Sao tres as modos
de ligayao:
1) Motor paralelo (shunt)
A C
1 i----{5r----!lf
o shunt esla em paralelo com a armadura e
eSliio ligados a alimenfar;i1o. Pode-se
Shunt Vee inserir 11m reostato em serie com 0 shunt
" D 2 6)---j7f+
Figura 5.9
para diminuir 0 flwco gerado e aumen/or a
velocidade, mas deve-se ler 0 cuidado de
noo eliminar 0 campo LOla/mente.
Nesse tipo de ligay3.o, tanto a armadura quanto 0 enrolamento shunt do
estator sao ligados em paralelo com a al imentayao. Como normalmentc a arma-
dura e construida com fio mais grosso e menos espiras que a enrolamento
•.. • .. • .. . . • .. • . .• ..•. • ..• •• .... . .. ~~f~.r.~~ ..... . , . . . . • ..•..• .. . •.• • . . • ...... B
shunt do estator, a annadura consome mais corrente que 0 estator. 0 movimen-
to de rotacao e 0 torque sao resultados da interacao do campo magnetico no
estator com 0 campo magnetico na annadura criado pela corrente de annadura.
Como a annadura e 0 enrolamento shunt esrno em paralelo com a alimen-
taCao, se a tensao de alimentacao nao variar, podemos esperar uma rotacao
constante na ponta do eixo do motor, scm carga. Ao aplicannos carga a esse
motor, devido a resistencia no enrolamento da armadura, ha uma pequena queda
na velocidade e no aquecimento. Quanto menor a resistencia da armadura,
menos perda em velocidade com aumento da carga. 0 aquecimento se da pdo
fato de impormos resistencia mecanica ao eixo, 0 que provoca reduCao na FCEM
e, consequentemente, aumento da corrente na annadura para manter 0 torque.
Conclusiio: Mantendo 0 campo shunt, a FCEM induzida na annadura
impede que 0 motor atinja velocidades perigosas sem carga e este e 0 grande
atrativo desse tipo de ligacao. Se reduzirrnos, atraves de urn reostato, a tensao
no enrolamento shunt, temos aumento de velocidadc, mas isso e extremamente
perigoso. Oeve-se tomar 0 cui dado de nunca ahrir 0 shunt, sob 0 risco de 0
motor atingir velocidade muito alta, impondo ri scos desnecessarios as pessoa.·;; .
Podemos esperar tambem uma boa regulacao de velocidade, pois com 0
aumento da carga, tem-se reducao da FCEM e consequente aumento da
corrente de annadura, 0 que ajuda a manter 0 torque.
2) Motor serie
~------------~+
E .serle F
3 f-J"'>'--{4
Figura 5. /0
Vtt £ altamcnte recomendavel que rnotores
slirie partam com carga, pois com 0 torque
efevado no partida, sem carga, eles telldem
a alillgir velocidades que podem resflltar l1a
destruir;iio do motor.
Nessa ligacao temos 0 enrolamento da armadura e 0 enrolarnento serie do
estator conectados em serie c ligados a alimentalTao. Existem entao dois
enrolamentos com fio de certa se~ao circular e poucas espiras ligados em serie.
Estando os dois enrolamentos em serie, e certo deduzir que 0 campo magnetico
criado no estator depende da mesma corrente aplicada ao cnrolamento da
annadura.
& ............... ..... _ .. _ ...... ~~~~i~.~. ~~~~!~~~. , ....... ..................... .
Se 0 motor e ligado sem carga, temos urn campo magnetico no estator que
depende da corrente absorvida. Se essa corrente e baixa, 0 campo magnetico
induz uma baixa FCEM na armadura e existe uma velocidade considenivel por
conta da corrente e da FEM na annadura. Se aumentamos a carga, aumentamos
a corrente de annadura e tambem 0 campo do estator, sofrendo urna queda
consideravel na velocidade.
Em compara'Yao com 0 motor shunt, 0 motor serie tern excelente torque de
partida, mas uma regula'Yao de velocidade ruim, pais todo aumento de carga
resulta aumento da corrente e consequente queda
de velocidade. 1550 e espe-
rado, ja que as enrolamentos estao em serie. Se aumentamos a corrente, 0
comportamento do campo nesses emolamentos e extremamente afetado.
Quanto maior a corrente, menor a velocidade, pois temos uma FCEM mais
atuante. A velocidadc no motor serie, par observayao, esta intimamente ligada
a corrente sob carga. Se urn motor serie parte sem carga, corrente e FCEM
baixas, a velocidade pode ser tao alta que ele se autodestruira, podendo causar
serios danos as pessoas.
Conclusao: 0 motor serie e excelente em ap licac;oes em que ha alta carga
de inercia, como trens e aplicayoes com forte trac;8.o, tomando-se 0 cuidado de
opera-Io sempre com carga acoplada.
3) Motor serie-paralelo (compound)
C I-'---- - -----{s +
Figllra 5.1/
Shunt Vee
o
6}-- 12J
sao dois os tipos de compound: 0
cumulativo e 0 diferencial; {udo
depende da ligm;:ao du enrolamento de
shunt. Para mudar de urn {ipo para 0
outro, hasta inverter a bohina de shunt.
Corn 0 intuito de combinar 0 melhor da ligayao shunt com 0 melhor da
ligayao serie, existe a ligar;:ao compound. Conseguimos a excc1cnte rcguiayao
de velocidade do motor shunt com 0 excelcnte torque de partida do motor serie.
Os motores compound sao utilizados onde ha necessidade de velacidade
constante com variayoes extremas de carga. A ideia do motor compound e
tamar passive! 0 aproveitamento do alto torque da ligay8.o serie, sem disparos
de velocidade com cargas reduzidas ou nenhuma carga, em seguida usar a
baixa variayao de velocidade do motor shunt sob diferentes situac;oes de carga.
MolorCC §
... .... ..... .. ........... .... .......................................... .......
o motor e inicialmente conectado como serio, mas corn 0 enrolamento
shunt em paralelo com 0 conjunto "armadura e enrolarnento seriet!. 0
enrolamento shunt deve produzir campo magnetico com mesma direcyao e
sentido ao campo produzido no enrolamento serie. Temos agora urn motor com
torque alto na partida, mas com velocidade limitada, e conseguimos tambem
que ele tcnha baixa variayao de velocidade, mesmo variando a carga.
Esse tipo denomina-se motor compound cumulativo. Em algumas situa-
~5es, apos utilizada a caracteristica do motor serio, 0 enrolamento serie pode
ser curto-circuitado para que nao interfira no trabalho de regulayao do enrola-
mento shunt.
Algumas aplicar.;:oes requerem motores que aceitem queda significativa na
velocidade com 0 aumento da carga. Podemos adaptar 0 motor compound para
alender a essa necessidadc tambem, ligando a enrolamento shunt de modo que
produza urn campo magnetico contnirio ao campo magnetico no enrolamento
serio. 0 enrolamento serie ativo no motor produz um campo em oposiy8.o ao
campo do enrolamento shunt, reduzindo a campo resultante, aumentando assim
a velocidade, mas sofrendo a queda de velocidade com a aumento da carga,
caracteristica do motor serie.
Essa tecnica, quando utilizada, da ao motor 0 nome de compound
diferencial. Os motorcs compound diferenciais tern aplicaryao limitada pelo
risco de instabilidadc. 0 motor pode disparar sob certas condiyoes, pois quando
a corrente de annadura aumcnta com 0 aumento da carga, 0 campo no
enrolamento serie tambem aumenta. Como a campo nesse enrolamento esta em
oposiyao ao campo shunt, 0 fluxo total e reduzido, consequentemente temos
aumento na velocidade e 0 motor pode disparar. Quando e indispensavel a
utilizay80 do compound diferencial, geralmente 0 fabricante produz motores
com fraco campo do enrolamento serie, reduzindo os riscos, mas ainda assim a
aplicary~o e Iimitada.
Exemplo de aplica~ao: Urn elevador de carga que utiliza motor CC opera
com ligay~o serie para subir carga, torque elevado necessaria. Para descer, nao
havendo necessidade de torque, mas contrale de velocidade, opera com ligayao
shunt. Quando sem carga au carga rcduz ida, opera com ligayao compound.
Para a estudo tcorico da maquina CC usam·se equa~6es fundamentais da
maquina CC que levam em conta a fluxo magnetico na maquina, a corrente na
annadura, a velocidade e a constante da maquina. 0 torque em uma maquina
CC pode ser calculado com:
T(N.m) ~ K x <I>(Wb) x I(A) em que K, a constante do motor, e definida
por:
& ........ ... .. .. ............... ~~~~i~~. ~~~~r!~~~ ........ .... ............. .... . .
K = p x Z Sendo: P _ numero de polos
2x1[xa
Z - numero de condutores na annadura
a - numero de caminhos paralelos na armadura
o va lor de a depende do tipo de enrolamento. Para cnrolamentos
imbricados, a e igual ao nfunero de polos.
A tensao gerada na annadura pode ser calculada por:
Eg(V)=Kx<D(Wb)xw(rad / s) sendo: w(rad / s)=2xnx n(RPM)
60
5.5. Comutador
Alguns profissionais sirnplesmente nao se dao conta da import<incia do
cornutador. Esse dispositivo e urn retificador medinico dentro do motor. ]sso
mesmo! Por comutar constantemente as palos das bobinas, ele exerce a mesma
atividade que diodos retificadores, mas de fonna mecanica, que e pennitir a
circulatrao de corrente em apenas urn senti do. 0 cornutador estabelece contato
entre as bobinas e 0 meio extemo pelas escovas, geralmente de carbona, que
enquanto a maquina pennanece em rotatrao, esHio ern constante atrito corn 0
cornutador.
Pode-se deduzir que ha urn desgaste natural das escovas e do proprio
comutador com a tempo. Alem disso, em manutentroes peri6dicas, precisamos
limpar 0 comutador, elirninando residuos depositados. As escovas possuem urn
periodo de troca que deve ser respeitado, evitando que a sua parte metalica
atinja 0 cornutador, danificando-o. Quando a rnanutentrao peri6dica nao e
respeitada, os residuos depositados no comutador podem aumentar a sua
resi sh~ncia de contato com as escovas. Os mesmos residuos podem depositar-se
entre as laminas do comutador, causando urn curto-circuito.
5.6. Escovas e 0 ajuste da linha neutra
Para entender 0 ajuste da linha neutra, precisamos voltar ao funciona-
mento do motor CC no item 5. 1 e sellS estagios. Existe urn momento, quando a
bobina esta perpendiculannente posicionada com relayao ao campo fixo, que
nao ha ayao do campo e, consequenternente, [on;:a magnetomotriz. Nesse
momento devemos "desligar" a bobina, em seguida mudar sellS tenninais. Isso
evita faiscas em excesso no comutador e desgaste desnecessario das escovas c
Molor CC f95\
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~
do proprio comutador. Este e 0 principio de motivayao para 0 ajuste da
chamada linha neutra, momenta em que a forc;a contraeletromolfiz induzida e a
menor possive ), 0 que produz menos faiscas se realizada a comuta<;ao.
Figura 5.12
5.7. Identifica~ao dos terrninais das rna uinas CC
Para realizar ligac;oes em uma maquina CC, e necessario ter conhecimento
de sell conteudo que possibilite reconheccr os terminais das bobinas internas
que voce coneeta. Normalmcnte as motores CC saem de fabrica com csquemas
de ligayao dcfinidos no manual do fabricante. Para execlltar a ligacao desejada,
siga it risca a recomendayao do fabricante.
Se urn motor antigo chegar ate sua bancada para avaliary30 e nao houver
nenhurn sinal de marcacao de terminais com numeros e esquema de ligacao a
ser seguido, e preciso marcar os terminais e realizar os testes necessarios para
atestar a confiabilidade do motor. A numera<;ao lltiJizada deve ser a que
usamos para a armadura e para os enrolamentos do estator. Identifique os
terminais de acordo com 0 enrolamento. Lernbre-se de que 0 shunt tern muitas
espiras e fio de menor secao, enquanto 0 serie possui poucas espiras e fio de
maior sery3.o.
Optamos peJa identificaryao numerica, mas podem ser utilizadas letras.
Acompanhe:
• Armadura: (A;B) ou (1 ;2)
• Shunt: (C;D) ou (5;6)
• Serie: (E;F)
ou (3;4)
• Interpolos: (G;H)
& .............................. ~~~I~i~~·. ~~~I~i~~~ .............. . ..•..•.... • .....
5.S. Eletrodinamometr.~o,-___ _
Para vcrificar 0 comportamento do motor CC com carga, necessita-se de
equipamento auxiliar que passa fomecer e medir a carga aplicada. 0 equipa-
menta utilizado e 0 eletrodinamometro que passui um estator com enrolamento
e urn rotor gaiola de esquilo. 0 estator nao e fixo a uma base, mas tica preso a
uma mola com ten sao correspondente a escala de torque de 0 a 3 N.m, tambem
presa ao estator. Mas como ele funciona?
Observe na Figura 5.13 que 0 estator deve seT alimentado com tensao CC
de 0 a 120 V. Quando alimentado, 0 estator produz urn campo magnetico que
induz no rotor outro campo magnetico. A a~ao do campo do estator sabre 0
rotor tenta segurar 0 rotor em uma pOSiy30 fha. Como 0 estator nao esta fixo a
uma base, ele tenta acompanbar 0 sentido de rotac;:ao do rotor, mas e impedido
por uma determinada tensao da mola que sera indicada na escala. A indicac;:ao
mostra a forya do motor para mante-Io girando mesmo contra a vontade do
estator do dinamometro. Pode-se encontrar dinamometros corn escala em
ibf.in . A reiayao e 1 N.m = 8,85 Ibf.in.
III III
Figura 5.13
o esfafor possui uma escala na parte
frontal. Su.\pensu, fica presu a uma
mola na parte traseim que 0 impede
de girar com 0 rotor. A forr.-·a
necessaria pam seguraI' 0 esfafor e
indicado no escolo.
".,..,,,,,otor CC
Objetivo: Estudar as propriedades e caracteristicas dos motores CC na
pn'itica. Trac;:ar curvas torque x velocidade dos motores CC estudados. Observar
na pnitica como realizar conexoes de circuitos com motores e conexoes
mecarucas corn equipamentos auxijiares.
Nota
Os ensaios descritos em seguida foram realizados com urn determinado motor ce. Isso
nao quer dizer que voce tenha de realizar 0 ensaio com uma maquina idenlica nem que
precise obler os mesmos valores anotados nesle ensaio. 0 objelivo principal e a
conslata9aO. Voce leu e releu a teoria, agora vai comprovar alguns aspectos seguindo
urn guia de procedimentos elaborado de forma que possa comparar seus resultados
com os resultados esperados e com os anolados no livro. Registre seus resultados.
Motur CC f9i\
... ......... ... ............ X.l
Equipameotos utilizados: motor ce, fonte ee ajustavel 0 a 120 V 8 A,
eletrodinamometro com capacidade de aplicar cargas ate 3 N.m, tacometro,
voltimetro e amperimetro para as correntes especi fi eadas, reostato de 500 n.
Aten~ao
Eslamos trabalhando com niveis de lensao que podem Irazer risco a vida humana e
partes mecanicas giranles que podem causar danos fisicos, portanlo realize os ensaios
apenas sob orienlayao e supervisao de urn profissional habililado e siga a risca lodas
as orienta¢es de seguran({3. Antes de Ugar 0 equipamento para verificar 0
funcionamento e tomar nota dos dados, peca ao profissional cilado que inspecione 0
circuilo. Uga¢es e allera¢es devem ser feitas com lodos os equipamenlos
completamente desligados.
Caracteristicas da maquina CC: 0,25 HP 1800 RPM 120 V 2,8 A, In
enrolamento shunt = 0,3 A, In enrolamento serie = 3 A, In armadura = 3 A.
"-______ ~5"'."'9.,,1'_. ""Ajuste da linha neutra
Para realizar 0 ajuste da linha neutra com propriedade, voce precisa
entender 0 que sera feito. Na teoria definimos a necessidade de comutar as
bobinas quando 0 campo magnetico fixo tivesse pouca ay80 sobre elas, gerando
o minimo possivel de falsea. Pretendemos eneontrar essa posiyao para as
t;::;l,;ovas de modo simples, aplicando corrente altcrnada it annadura e medindo a
teosao altemada induzida no enrolamento shunt.
A posiyao ideal e proporcionar converS80 0 de energia. Em oulras
palavras, a armadura funciona como primario de urn transfonnador e 0 shunt
como secundario. Para ajustannos a li nha neutra, posicionamos as escovas de
fonna que 0 campo magnetico varia vel gerado na annadura tenha urn angolo
tal que seu efeito sobre 0 shunt seja 0 minimo possive!. 0 esquema de ligayao
pode ser visto na Figura 5.14.
VCA v
D
6}-------'
AnnlldulCI Shullt
Figura 5.14
t aplicada a armadllra uma tem-tio CA
aproximadamenre igl/al a 500,1, da tenstio
nominal no motor. EsSlI tl"n!;(io prodllz
campo magnelico variavel em algI/mas
bobinas da armadllTO. Nosso trabalbo e
posicionar as escovas de modo a energizar
as bobinas cl/jo campo gerado indllza a
menor corrente possivel no enrolamento
shunt.
0L ..... ... .. ......... .. ......... ~~~~i~.~. ~~~~~i~~~ .............. • .. •. .•. . ..
Procedimentos
1) Monte 0 circuito da Figura 5.14. Aplique aproximadamente 60 YCA,
ajustando lentamente a tensao da [onte na annadura. Observe a ten sao
no voltfmetro ligado ao enrolamento shunt.
2) Com extremo cuidado movimente as escovas atraves do dispositivo
de ajuste ate que a tensao lida no voltimetro seja a menor possivei.
3) Feito. A linha neutra esm ajustada. Desligue a fonte CA e todo 0
equipamento.
Nota
Realize este ensaio com cuidado. Observe 0 fundo de escala dos instrumentos. Se for
necessario, pare 0 ensaio e reavalie a situaQao. Cuidado ao ajustar as escovas, pois h.3.
risco de choques.
5.9.2. Determina iio de arametros do motor
Objetivo: Neste ensaio sao verificados os parametros eletricos do motor
para cada urn dos enrolamentos. Sao apresentadas duas maneiras de medir a
resistencia dos enroiamentos, uma experimental e outra instrumentaL Devern
ser identificadas todas as partes do motor, bern como, se for possivel, efetuar a
contagem de laminas do comutador, numero de escovas, numero de bobinas no
estator etc.
Procedimentos
1) Execute uma inspe~ao minuciosa no motor para ensaio e anote os
seguintes dados:
a) Numero de escovas: 2
b) Numero de Himinas no comutador: 75
c) Quantidade de grupos de bobinas no estator: 4 polos, 4 gropos
com 4 enrolamentos serie e 4 enrolamentos shunt
2) Identifique os enrolamentos no motor e me~a, com urn ohmimetro, a
resistencia dos enrolamentos do motor:
a) Enrolamento serie: 2 n
b) Enrolamento shunt: 261 n
c) Annadura: 8 n
. _ . • ......... ~~t.o~. ~~ .. . ......•. .. ....• .. . . .. . ..... . ... Jii)
3) Ligue uma fonte ajustavel CC de 0 a 120 V ao enrolamento shunt,
confonne indica a Figura 5.15. Certifique-se de que a fonte esteja
ajustada para 0 V. Conecte 0 voltimetro e 0 amperimetro ao circuito.
6;:D_-,-~
Shunt
Figura 5.15
Note que, ao atingir a corrente nominal,
temos uma tensau menor que a tensao
nominal deserita nus came/eris/ieas do
motor, 120 V, porque estamos alimenlando
apenas 0 shunt e niio existe FCEM para se
opor a FEM que estamos aplicando.
a) Aumente vagarosa e cuidadosamente a tensao da fonte, obser-
vando 0 voltfmetro e 0 amperimetro. Pare imediatamente quando
a corrente indicada atingir 0 valor da corrente nominal do shunt
que e de 0,3 A. Registre 0 valor da tensao:
Vcc ~ 78 V
b) Desligue a fonte. Calcule 0 valor da resistencia desse enrola-
mento com os val ores medidos e compare com a resistencia
medida diretamente:
c) Calcule a patencia dissipada por esse enrolamento.
4) Com dados abtidos ate agora calcule as patencias nos enrolamentos
serie e annadura (utilize a resistencia e a corrente nominal dos
enralamentos).
5) Some as potencias individuais dos tres enrolamcntos. Deve-se obter
urn valor proximo Ii potencia total da maquina.
6) Qual seria a corrente circulante no enrolamento da annadura se
aplicassemos 120 V nesse enrolamento isoladamente? 0 valor ultra-
passou 0 nominal?
7) Qual seria a corrente circulante no enrolamenta shunt se aplicassemos
120 V nesse enrolamento isoladamente? 0 valor ultrapassou 0
nominal?
~ ........ . .. • ..•.. .. . . . . ...... . ~d.~~i~.~S. ~:~t~.i~~ ......•..•..•. . .. • ..•. . .. . .. • ..
8) Analisando
os itens 6 e 7 mais a teoria sobre for~a contraeletromotriz,
qual a importancia da FCEM com reiayao it corrente que circula nos
enrolamentos?
9) Calcule a corrente no enrolamento serie se ligado separadamente a
uma tensao de 120 Vcc. 0 que acontece com esse enrolamento? Ele
deve ser ligado sempre em serie com qual outro enrolamento?
5.9.3. Motor serie
Objetivo: Neste ensaio sao verificadas as caracteristicas do motor serie
quanta a velocidade, torque, respostas com carga e corrente de annadura.
Como estudado em teoria, a motor serie pode atingir velocidades perigosas em
certas circunstancias, portanto siga todos os procedimentos corretamente sem
adapta90es.
Procedimentos
1) Ligue 0 motor CC, 0 voltirnetro e a amperimetro como especificado
na Figura 5.16. Nao 1igue a fonte CC ainda:
-A +
E serie F
3 ~="'--J 4}--ilJ-=---'
B
2)-- -'
Figura 5.16
2) Acople 0 dinam6metro ao motor Cc. Lembre-se de que 0 motor serie
nao pode partir sem carga. Ajuste-o para metade de seu range ou
cerca de 0,7 N.m. Como ele esta desligado, apenas gire 0 reostato
metade do curso a direita .
3) Ajuste a fonte para 0 V e ligue os tenninais + e - , conforme a Figura
5.16.
4) Aumente gradualmente a tensao da fonte cc. Observe a sentido de
rOta93.0 do motor que deve atender ao sentido do dinam6metro, no
caso ensaiado, horario. Se estiver ao contrmo, desligue a fonte e
inverta 0 enrolamento serie. Ajuste a fonte para 120 Vcc.
MotorCC Q
.... ......... ...... ......... ~
5) Leia e registre a corrente indicada no amperimetro para 0,7 N.m.
Mer;a e registre a rota~ao do motor para estas condir;oes, Tabela 5.1.
6) Agora vamos realizar medir;oes de corrente e velocidade para cargas
aj ustadas no dinamometro entre 0 e 1,4 N.m, segundo a Tabela 5.1.
Ajuste a carga no dinamometro, mer;a a corrente e a ve10cidade e
complete a tabela. Tenninado, desligue a fonte.
U (volts) Torque (N.m) I (amperes) Velocldade (RPM)
120 0 0,67 5275
120 0,35 1,54 2560
120 0,1 2 2031
120 I 2,45 1746
120 1,4 2,75 1524
Tabela 5. J
Observayao
A valocidade do motor com cargas baixas excede a velocidade nominal do motor,
portaolo oao 0 deixe rodando sob estas condi¢es.
7) Com os dados da tabela construa 0 grfifico que representa as caracte-
risticas de torque e velocidade do motor ensaiado.
6OO'l
5(XX)
4=
~ 3(00
2000
1000
0
Notas
~
0 0,5
N.m
Figura 5.1 7
1.5
1) Ao apl icar 1,4 N.m ao motor, temos a In indicada no amperimetro, 0
que demonstra que estamos no limite de carga para 0 motor.
~ ..... .... . • . . .. . .... ........ . . ~~~~i~.~s. ~:~t~i~~~ ........... ................... .
2) Mesmo ajustado 0 no dinamometro, existe uma carga aplicada ao
motor, por isso e ie nao dispara e mantem os 5275 RPM. Essa carga
nao foi considerada no ensaio.
3) Foi feita a conversao da unidade de torque indicada no dinam6metro
em SI e utilizado iN.m = 8,85 ibf.in. Voce pode encontrar dinamo-
metros com essa unidade ingiesa.
4) Calcuie a regula'rao de velocidade do motor serie com carga de
I N.m com a equar;:ao:
%reg RPMsem carga-RPMcarga totai xlOO = 202%
RPMc arg a _ totai
5) Ajuste 0 dinamometro para maxima carga.
6) Ligue a fonte CC e aumente gradativamente a tensao ate que leia no
amperimetro a corrente nominal da annadura. 0 motor pode girar
lentamente ou nem girar. Anote a tensao lida no voltimetro e 0 valor
da carga no dinamometro. Volte a tensao a 0 e desligue a fonte. Neste
momento a corrente que atravessa a armadura e limitada apenas pela
resistencia do circuito motor serie. Podemos entao calcular a resis-
tencia do circuito:
U ~ 37V Torque ~ I,6 N.m R ~ 37V / 3A~ 1 2n
7) Com a resistencia do circuito calcule a possivel corrente de partida se
aplicarmos 120 V ao motor nestas condir;:oes:
I partida ~ 120/12 ~ lOA
8) Calcule a potencia desenvolvida pelo motor serie no ensaio em W e
eVa urn torque de 1 N.m.
peW) ~ RPM x N.m x 0,1 05 ~ 183 W => 0,25 CV
I CV ~ 736W
9) Qual a potencia absorvida da rede para realizar 0 traba lho do item 8?
p entrada ~ 120 V x 2,45 A ~ 294 W
10) Sabendo a potencia de entrada e a potencia de saida, calcule a
eficiencia do motor.
Efi " Psaida 00 - 61" IC / o= xl - 10
Pent
MolorCC
... .............. ..... ................ ... ........... .... ........... .. . ........ ~
II) Compare a corrente de partida com a corrente nominal a plena earga
no ensaio e determine quantas vezes ela e maior que a nominal.
Quatro vezes maior.
5.9.4. Motor shunt
Objetivo: Neste cnsaio sao verificadas as caracteristicas do motor shunt
quanta a veloeidade, torque, respostas corn carga e corrente de annadura. Como
estudado em teoria, 0 motor shunt pode atingir velocidades perigosas em eertas
cireunstancias, portanto siga todos as proeedimentos eorrctamente scm adapta-
yoes.
Procedimentos
1) Execute as ligayoes eletricas
de acordo com a Figura 5.18.
Mantenha a fonte desligada
por enquanto.
2) Acople 0 dinamometro ao
motor e ajuste 0 dinamometro
para carga minima, 0 N.m.
A + lr-----~~Ar-~~_,
v
Shun1
+
Voc
2)-B=----__ -----i 6;:;D=----__ -'--,0---'
Figura 5.18
3) Certifique-se de que 0 reostato esteja com resistencia 0 entre os
terminais conectados ao circuito, nilo interferindo nele.
4) Ligue a fonte CC, ajuste a tensilo aplicada lentamente para 120 Vee.
Verifique 0 sentido de rotayao; se nao for 0 ideal , volte a 0 V.
desligue a fonte, inverta a ligayao do shunt e repita 0 passo.
5) Observe os val ores indicados no ampenmetro e no voltimetro. meya a
rotayao no motor com urn tacometro, lentamente ajuste 0 rcostato
para que obtenha uma rotayao aproximada de 1.800 RPM indicada no
tacometro.
6) Registre as val ores de tensao, corrente e veloeidade na tabela para
esta situayiio de carga. Repita 0 registro para outcos valores tIe I:urgu
indicados na Tabela 5.2. Para isso ajuste a carga apl icada ao motor no
dinamometro, leia a corrente, a tensao e a velocidade e registre.
9.- .... ........ ..... ... ......... . ~~~'~i~.a:~. ~:~t~.i~~~ ......... .......... ... .. ...... .
U (volts) Torque (N.m) I (amperes) Velocidade (RPM)
120 0 0,35 1800
120 0,35 1,05 1725
120 0,7 1,7 1664
120 I 2,35 1622
120 1,4 2,95 1585
Tabefa 5.2
7) Desligue a fontc. Corn os dados da tabela constma 0 gnifico que
rcpresenta as caracteristicas de torque e velocidade do motor shunt
ensaiado.
1500
£ 1000
500
o
o 0.5 1.5
Nm
Figllra 5.19
8) Calcule a regula~ao de velocidade do motor shunt corn a equa~ao
(carga I N .m):
%reg _RP_M_s_em---c:-c:ca:-r~g,-a_-_RP __ M_c_ar=g,-a~t,-o_ta_1 x 100 = 10,9 %
RPMc arg a ~ total
9) Ajuste 0 dinamometro para maxima carga.
10) Ligue a fonte CC e aumente gradativamente a tensao ate que leia no
amperimetro a corrente nominal da annadura. 0 motor pode girar
lentamente ou nem girar. Anote a tensao lida no voltimetro e 0 valor
da carga no dinam6rnetro. A corrente que atravessa a armadura e
lirnitada, nesse momento, apenas pela resistcncia do circuito motor
shunt. Podernos, entao, calcular a resistencia do circuito:
MoforCC G
.. ... ... ............ ~
U=25V Torque = 0,35 N.m R=25V =830
3A '
11) Com a resistencia do circuito calcute a possivei corrente de partida se
aplicannos 120V ao motor nestas condiyoes:
1 partida = 120/8,3 = 14,5 A
12) Calcule a potencia desenvolvida pelo motor shunt no ensaio em W e
eVa urn torque de 1 N.m.
P(W) = RPM x N.m x 0,105 = 170 W => 0,23 CV
1 CV = 736 W
13) Qual a potencia absorvida da rede para realizar 0 trabalho do item 12?
P entrada = 120 V x 2,35 A = 282 W
14) Sabendo a potencia de entrada e a potencia de saida, calcule a eficien-
cia do motor.
Efic% = Psaida x 100= 60%
Pent
15) Compare a corrente de partida
com a corrente nominal a plena carga
no cnsaio e determine quantas vezcs cia e maior que a nominal.
Seis vezes maior .
• 25 oto cornl!~o~ul!.!n~d _______ ....
Objetivo: Neste ensaio sao verificadas as caracteristicas do motor
compound quanta a veiocidade, torque, respostas com carga e corrente de
annadura. Como estudado em teoria, 0 motor compound diferencial pode
atingir velocidades perigosas em certas circunstancias, portanto siga todos os
procedimentos corretamente scm adaptayoes.
1) A conexao do motor compound e mostrada na Figura 5.15. Primeira-
mente repita os procedimentos de 1 a 4 do ensa io 5.9.3, motor serie,
para certificar-se da direyao de rotayao que deve atender a necessidade
do dinamometro.
~ ..... . .. • .. • ..•. . .. . .. . ....... ~~~~i~.~S. ~:~~r.j~~' .............................. .
A
ll}----------~__{A}_,____.+
E F
3 r---'-"'lir~ 4 Reostdto
serie
v V~
Shunl
Figura 5.20
2) Retome a fonte a 0 e desligue·a. Monte 0 circuito conforrne a Figura
5.20. Conecte 0 shunt em paralelo com 0 conjunto armadura e campo
serie.
3) Acoplc 0 dinamometro ao motor, ajuste 0 dinamometro para carga
minima, 0 N.m.
4) Certifique-se de que 0 reostato estcja com resisH~ncia 0 entre os
tenninais conectados ao circuito, nae interferindo ncle, com campo
shunt no maximo.
5) Ligue a fonte ce, ajuste a tcosao aplicada lentamente para 120 Vee.
Verifique se a rotayao do motor esta muito alta (naD deve ultrapassar
a nominal do motor). Se estiver muito alta, temos a ligayao compound
diferencial. Desliga a fonte, inverta a ligayao do shunt, passando para
cumulativo, e ligue a fonte novamente ajustando·a lentamente para
120 V.
6) Observe que as valores indicados no amperimetro e no voltfmetro nao
devem exceder os valores nominais. Me9a a rota9ao no motor com
urn tacometro, lentamente ajuste 0 reostato para que obtenha uma
rota930 aproximada de 1.800 RPM indicada no tac6metro.
7) Registre os valores de corrente, tensao e velocidade para esta situa~ao
de carga na Tabela 5.3. Repita esse registro para outros valores de
carga indicados na tabela. Para isso ajuste a carga aplicada ao motor
no dinamometro J leia a corrente, a tensao e a velocidade e registre.
U (volts) Torque (N.m) I (amperes) VeJocidade (RPM)
120 0 0,35 1800
120 0,35 0,95 15 10
120 0,7 1,42 1400
120 1 1,79 1300
120 1,4 2,2 121 0
Tabelo 5.3
...... . . .. . ....... . ... . .......... . . ~~t.o.r. ~~ ....... ... ...•....... .. . . ..•... . .. ~
8) Desligue a [onte CC e com os dados da tabela construa 0 gnHico que
representa as caracterfsticas de torque e vclocidade do motor
compound ensaiado.
1500
~ 1000
500
o
o 0,5
N.m
Figura 5.21
1.5
9) Calcule a regu laryao de velocidade do motor compound com a
equary3.o seguinte. considerando carga de 1 N. m:
%reg RPMsem carga - RPMcarga total x 100 = 38%
RPMcarga _ total
10) Ajuste 0 dinam6metro para maxima carga.
11) Ligue a fonte CC e aumente gradativamentc a tensao ate que leia no
amperfmetro a corrente nominal da arrnadura. Anote a tensao lida no
voltfmetro e 0 valor da carga no dinam6metro. Calcule a resistencia
oferecida pelo circuito:
V ~ 46V Torque ~ 2,2N.m R ~ 46V / 3A ~15Q
12) Com a resistencia do circuito calcule a possivcl corrente de partida se
aplicannos 120 V ao motor nestas condiryoes:
[ partida ~ 12011 5 ~ 8 A
13) Calcule a potencia desenvolvida pelo motor compound no ensaio em
We CV a urn torque de 1 N.m.
peW) ~ RPM x N,mxO,105 ~ 136 W => 0,19 CV
14) Qual a potencia absorvida da rede para realizar 0 trabalho do item 12?
P entrada~ 120V x 1,79A ~ 2 1 5W
~ . ....... . .. . .. . ....... . .. . . . . . ~~~~i~.~. ~~~t~i~~~· . ..... . .•.. . . . ..... . .... . .. . .. .
15) Sabendo a poti:ncia de entrada e a potencia de saida, calcule a
eficiencia do motor.
Psafda Efic% == x 100= 62%
Pent
16) Compare a corrente de partida com a corrente nominal a carga de
I N.m no ensaio e determine quantas vezes eia e maior que a
nominal.
Quatro vezes maior.
17) As quest6es seguintes abrangem os tres ensaios e levam 0 estudante a
comparar os resultados obtidos.
a) Preencha a tabela seguinte com os resultados obtidos nos ensaios:
Motor Regula.;3.o Torque Eficiencia Ipartida
Serie
Shunt
Compound
b) Qual motor apresentou maior torque?
c) Qual motor apresentou melhor regulayao de velocidade?
d) Qual motor mostrou melhor eficiencia?
5.10. Exercicios de fixa't,.::a"'o'-____ --'
1) Descreva 0 principio de funcionamento do motor CC.
2) Cite as partes principais de uma maquina Cc.
3) Qual a funyao das escovas em uma maquina CC?
4) Qual a funyao do comutador em uma maquina CC?
5) Como podemos identificar 0 numero de polos de uma maquina CC
observando 0 estator?
6) Quais as diferenyas entre os enrolamentos serie e shunt de uma
maquinaCC?
, .. , .. , ... . , .. , ..•.... . .. • ..•..... . ~~t~.I'.~.~ ...... . ..• . . . .... . . . • ..•.. . ....... ~
a
7) Quais as principais caracteristicas do motor serie?
8) Quais as principais caracteristicas do motor shunt?
9) Quais as principais caracteristicas do motor compound?
10) Quais as diferenryas entre 0 compound diferencial e 0 cumulativo?
11) Qual a motivayao principal para utilizar uma maquina CC em urn
sistema industrial?
12) Qual 0 torque desenvolvido por uma maquina CC de quatro polos,
600 condutores ativos, 1800 RPM, 31,4 A aplicados a armadura (do
tipo imbricado), com urn fluxo magnetico na maquina de 0.05 Wb?
Sob as mesmas condiyoes, qual a tensao induzida na annadura a
1800 RPM?
Maquinas Eletricas
......... .... .... .................................... .... ....... .. ............
Gerador CC
___ ""6,,,.1"-.. Introdutyiio
Tude que foi estudado em motor CC vale, de certa mane ira, para 0 gerador
ce, atinal os dois, mesmo tendo funyoes difercntcs, vern da rnesma maquina
Cc. A maquina corrente continua pode produzir fary3 mecanica rotativa,
motor, ou gerar energia eletrica CC a partir de uma [orya medniea rotativa,
gerador.
Este capitulo mostra as principais caracteristicas do gerador ee, tipos de
liga.y~o, vantagens e desvantagens de cada uma, seguindo a mcsma filosofia
adotada, ou seja, vamos desenvolver uma teoria minima e realizar ensaios
comprobatorios .
6.2. Prine. io de funcionamento
o processo de gerayao de energia esta ligado aos fen6menos eletro-
magneticos estudados no capitulo t, especificamente a lei do eletromagnctismo
que trata da difercm;:a de potencial resultante nas extremidades de urn condutor
pela sua a930 dentro de urn campo magnetico.
Urn gerador ec, como 0 motor ce, possui tres componentes principais:
enrolamento de estator, annadura e comutador. No gerador ce, 0 enrolamento
do estator e alimentado com tensao CC para produzir urn campo magnetico
fixo. Pelo fato de essa tensao dar origem ao campo magnetico do estator,
recebe 0 nome de tensao de excita9ao. Esse campo magnetico corta as espi ras
do enrolamento da annadura (ou vice-versa) quando ele, por a~ao mecanica,
girar dentro do campo .
. ... ... . . . .. . .. . . ... . . . . . . .. ?~~~~o.r. ~.~ ..... ... ................... ...... B
Campo magnetico mais espira em movimento resultam em indw;:ao eletro-
magnetiea, que resuha em ddp que C levada ao meio externo peto eonjunto de
cscovas mais comutador. A Figura 6.1 represcnta urn gerador CC elementar. Ao
aplicannos forrya mecanica a manivela, rotacionamos a bobina que, cortada pc1as
linhas de campo, produz uma diferenrya de potencial em seus tenninais.
Figura 6./ - Primeiro esuigio.
A ddp gerada e
aplicada a uma cargo
resiSliva e medida com
o volrimelro. Na ftgura
podemos observar que
G bobinG enconlra-se
perpelldicuiannenle em
relat;iio 00 campo.
Temos remiio gerada
o V indicada no
vo/lime/ro e 110 grafteo
para esse esuigio.
A tensao gerada no cstagio reprcsentado na figura e 0 Y, mas conformc a
bobina vai assumindo uma posiryao mais proxima ao paralelismo corn as linhas
do campo, maior 0 nivel da tensao gerada. A Figura 6.2 representa a bobina,
sob ar;:ao de urna forr;:a, iniciando urn giro no scntido anti-horaTio. Note que a
tensao indicada no voltimetro ja nao esta mais em 0 e 0 grafico senoidal
tambem saiu do O.
Figura 6.2 - Segundo esrogio.
a ..................... ......... ~~~~i~.~. ~~~/.r!~~~ .... .... .. ... ....... .... ...... .
No momento em que passa a existir urna ddp entre as escovas e existe uma
carga Jigada a essas escovas, precisamos determinar 0 sentido da corrente que
percorrc a carga antes de medi-la. Para isso utilizamos a regra da mao esquerda
para gcradorcs, que e parecida com a regra para rnotores, 0 que muda e a mao.
A Figura 6.3 exibe a mao esquerda prc-
parada para a amilise. 0 indicador mostra 0
sentido da corrente, 0 polegar 0 sentido da
forca aplicada e 0 restante dos dedos acom-
panha 0 sentido do fluxo. Utilize a regra e
continne 0 sentido da corrente representado
na figura. 0 sentido da forrya aplicada esta
indicado com pequenas setas pretas na bo-
bina.
Figllra 6.3
Como terceiro estagio podemos obscrvar 0 valor maximo de tensao aJcan-
Qado quando a bobina esta totalmente imersa no campo. No grilfico a senoidc
atingc 0 seu apice.
Figllra 6,4· Terceiro esuigio.
Esses estagios sao repetidos sucessivamcnte, sendo fomecida na safda uma
tensilo continua pulsante. Continua porque a corrente, apesar de oscilar entre 0 e
urn maximo, circula sempre em urn mesmo senti do. Essa larefa e responsa-
bilidade do comutador, que neste caso funciona como urn retificador medinico .
. .. .... .. ..... ..... ...... .. ... .. . . ?~~~~~r. ~.~ ................ ........... ...... B
Existem dois modos para aumentarmos a tensilo gerada:
I) Aumentar 0 campo magnetico fixo;
2) Aumentar a rota~ao mecanica aplicada a maquina, aumentando a
frequencia dos pulsos e a tensao media.
Se dobrannos a velocidade, aumentamos a tensao induzida; se aumen-
tarmos em 10% a excita~ao. aumentamos tarnbem a tensao induzida.
Existe diferen~a entre 0 gerador que funciona a vazio e com carga. Ao
aplicar urna carga ao gerador, temos corrente crrculando e, consequentemente,
queda de tensao gerada. Para suprir essa queda, a maquina que [omece
potencia mecanica ao gerador deve aumentar 0 torque apJicado e/ou devemos
aumentar a tensao de excita~ao.
Nota
Se relirar 0 comutador, que e 0 relificador mecanico, ainela assim fica nas extremidades
da bobina uma tensao gerada, mas que sera altemada. No capitulo 9, que esluda
alternadores, tera a oportunidade de perceber isso.
___ -"6"'.3"'". ""Excit~iio de campo shunt
Como os aspectos construtivos do gerador CC sao os mesmos do motor
CC, vamos direto ao estudo da excita~ao de campo para geradores CC Existem
dois modos de produzir 0 campo rnagnctico fIxo no estator, sendo excita~ao
indcpendeme e a autoexci ta~ao. Consideraremos excita~ao independente a
alimenta~ao da bobina de campo par tensao CC extema. Vamos tratar do
gerador de campo shunt, Figura 6.5.
+
v
5 C
'------{2 B 6 D
ArmiKlur<!o Shunt
Figura 6.5
+
Vtt
A Jome CC produz excita~ao no shunt. A
!or~a motora e aplicada 00 eixo do
armadllra que, enqllomo giro, tern silas
hobillos !requell/emenre cOrlolldo 0 campo,
induzindo lima tensiio qlle pode ser medida
com um vo/lime/ro conee/ado as esCOIIOS.
o gcrador de campo shunt e 0 que mais se aproxima do que [oi estudado
sabre geradores ate agora. Para que e1e opere adequadamente, e necessaria uma
8... .. ..... , ....... ...... , ....... . ~~~~i~~S. ~~~~r~~~~ . . .....•..•. , ..... . . . .. • ...... .
fonte externa para excitar 0 enrolamento shunt, produzindo campo magnetico
fixo. As bobinas da armadura, sob a~ao de for~a mecanica extema, cortam esse
campo gerado e induzem nessas bobinas uma tensao. Como dito anteriormente,
essa tensao tern rela~ao com a velocidade aplicada a arrnadura e a intensidade
de campo fixo produzida pela excitayao.
Sem carga conectada a armadura, temos tensao em seus tenninais, mas
nenbuma corrente flu i nela, portanto nenbuma oposiyao a rotayao impressa
peIa forya mecanica. Se uma carga e conectada a armadura, uma corrente fIui
na armadura e urn novo campo surge, interagindo com 0 campo fixo, criando
uma forya resistente a [ofya mecanica externa. A maquina responsavei pela
forya mecanica deve suprir essa nova necessidade de torque para evitar queda
de tensao gerada ou deve-se aumentar a intensidade do campo fixo.
Nota
Se observar as Figuras 6.1 , 6.2 e 6.3 usadas ate a momenta, vai notar Que foi utilizado
urn campo magnetico proveniente de urn ima. Podemos considerar este caso como
excitacao independente, jf! Que 0 campo magnetico no estator nao depende da forc;a
mecanica aplicada para existir e como vera mais a frente, a propria excitacao inicial de
urn gerador autoexcitado provem de magnetismo residual na maquina.
6.4. Gerador CC serie
o gerador CC serie tern uma caracterfstica peculiar: ete precisa cia carga
para trabalhar. Em outras palavras, se DaO tivennos carga conectada, nao temos
tensao gerada. Isso se deve ao [ato de a armadura estar ligada em serie com 0
enrolamento serie e os dois em serie com a carga. Se nao houver carga, nao ha
corrente circulando pelo circuito. Sem corrente no campo serie nao existe
excitayao, sem excitayao nao temos tensao induzida. Claro que, ao medir com 0
multimetro, podemos esperar uma pequcna ten sao de saida devido ao campo
gerado peIo magnetisrno residual. 0 gerador serie pode ser visto na Figura 6.6.
~ w
E serie F
Z B
ArmadURI +
Figuro6.6
v
o gerador campo serie, como pode ser
observado, fern 0 allmenlo da lensiio
gerada ligado a carga. Quanto menor a
impediincia de carga, maior a corrente que
circilla no circuito, maior 0 campo serie e
maior a lensGo gerada. Com 0 circllilo
aberlo jicamos reduzidos a indur;Go
callsada pelo magnelismo residual.
......... . . ..... . .... . ............ ~~~~~~r. ~~ ....... . ....... . .... . .... ........ B
Esta clara a dependencia desse gerador com relayAo a carga. Quando h3
uma carga com alta resistencia, a corrente no circuito e baixa e 0 fluxo do
campo magnetico tambem e fraco, consequentemente a tensao gerada e
pequena. Reduzindo a resistencia de carga, elevamos a corrente e, consequen·
temente, a tensao de safda ate 0 limite ern que haja saturaryao do campo e as
perdas no circuito annadura enrolarnento serie atinjam valores inadequados.
6.5. Ti os de geradores CC autoexcitados
Ah~m dos geradores com excitayilo independente existem us gemdures
autoexcitados. Os geradores shunt autoexcitado e compound sao exemplos. No
gerador autoexcitado nao necessi lamos de fonte extema para gerar 0 campo no
estator. A energia para gerar 0 campo vern da propria tensao gerada nos
tenninais de saida da annadura. Mas como e produzido 0 campo magnetico
inicial? Y1esmo que as bobinas de campo do estator nao tenham alimentayao,
como em tada maquina eletromagnetica, temos urn magnetismo residual no
estator, produzindo urn campo magnetico residual fraco, mas suficiente para
gerar a tensilo de autoexcitay3.o inicial.
As Figuras 6.7 e 6.8 mostram 0 diagrama eh~trico simplificado dos gera·
dores shunt e compound autoexcitados respectivamente.
E F
3 4
~rie
A 1 5 A A 1 5 A
C + - C + -
AnTloourll Annadurll
Shunt + Shunt +
RL V
B 2
Figura 6.7 Figura 6.8
Nota
No oompound, 0 enrolamento serie tambem pode ser ligado diretamente em serie com
a arr:ladura, depois em paralelo com 0 shunt. Sao pequenas as diferen((3s resuftantes.
RL
8.- ........... ........... ..... ... ~~~~i~.~S. ~~~~r!~~
...... .. .... .... ............ .. .
o gerador shunt autoexcitado tern uma regular;ao de tensilo deficiente por
ser totalmente dependente do fluxo no campo shunt, que e realimentado pela
pr6pria tensao gerada na armadura. Se houver urn aumento na corrente de
carga, a tensilo de armadura e na carga decrescem por dois motivos, primeiro a
propria rear;ao entre campos da armadura e 0 campo fix~, depois pelas perdas
intemas no cobre que aumentam com 0 aumento da corrente.
Se a tensao de saida, tensao na armadura, decresce, a excitalYiio do campo
shunt tambem decresce, 0 que favorece ainda mais a queda na tensao de saida.
Podc-sc compensar essa qucda na tensao corn ajustes no reostato do campo
shunt, aumentando a tensilo para 0 shunt, 0 que aumenta a ten sao de saida,
desde que esse valor ja nao esteja no maximo. Ajustes automaticos podem ser
instaiados, vigiando a tensao de saida e atuando no campo shunt.
o magnetismo residual, ignorado nos geradores com excitayao indepen-
dente, torna-se agora pcc;a fundamental. Ele e responsavei pelo pequeno fluxo
inicial cortado pel as bobinas da armadura. Uma pequena tensao e induzida nas
bobinas da annadura que realimentam a corrente no enrolamento shunt,
produzindo urn fluxo maior. Essa ayao e reayao silo continuas, ate que a tensao
atingida nos terminais cia armadura seja suficiente para manter a excitar;ao
exigida para sustentaryao do oivel desejado de tensao de saida.
Para que esse fenomeno OCOITa satisfatoriamente, e necessario que 0
magnetismo residual seja somado ao campo magnetico que sera criado no
enrolamento shunt, portanto depende da polaridade do campo shunt, detcrmi-
nada pela ligayao do enrolamento a armadura. Se 0 campo shunt estiver em
oposir;iio ao magnetismo residual, pode anula-Io. Uma simples inversao na
Iigar;ao do shunt pode corrigir esse eventual problema.
o gerador compound autoexcitado pode ser rnontado como compound
diferencial ou cumulativo. Tudo depende de como 0 enrolamento serie e ligado
com relaryao ao shunt, se em oposir;ao ou adiryao. Quando ha os dois fluxos, do
campo serie e do campo shunt em adilYao, temos 0 compound cumulativo. Se
os dois fluxos estao em sentidos opostos, tcmos 0 compound diferencial.
o nomero de espiras do cnrolamento serie da ao gerador compound
caracteristicas especiais. Se 0 enrolamento serie possui muitas espiras, temos urn
gerador em que a tensao de saida e maior a plena carga do que sem carga
(overcompounded). Se 0 enrolamento serie possui poucas espiras, a tensao sem
carga e maior que a tensilo corn carga (undercompounded). A sitU3yao
interrnediaria seria a ideal, em que 0 enrolamento serie prove uma situar;ao em
que as tensOes com carga e sem carga sao iguais (flatcompounded).
GeradorCC Q
... .. ... ............... ~
Quando conectado como compound cumulativo, se a corrente de carga
aumenta, a corrente atraves do campo shunt diminui, diminuindo 0 campo shunt,
mas a mesma corrente de carga em ac1ive eleva a corrente no enrolamento serie e
ocampo serie aumenta. Essa intera~ao garante uma variar;:ao pequena, quando
nao irris6ria, da tensao na carga (regular;:ao de tensao).
Geradores CC sao utilizados quando necessitamos de corrente continua a
partir de forr;:a mecanica. Esre e 0 caso de dinamos e geradores CC embar-
cados. Encontramos geradores CC em navios, barcos, bicicietas, autom6veis e
ate em submarinos para recarregar as baterias dos motores CC de propulsao.
A questao e definir tecnicamente, com 0 gerador em maos e seu manual
disponivel , que tipo de instala~ao e liga~ao providenciar para ele para 0 melhor
aproveitamento dentro da aplica<;ao. Para isso voce pode seguir as orienta<;oes
de um pro fissional experiente, sem contestar;:ao, ou argumentar com ele, tendo
como base experiencias pessoais com geradores ce. E necessario, portanto,
que conher;:a 0 comportamento de urn gerador nas fonnas de ligayao existentcs.
Os geradores de excitar;:ao independente nonnalmente sao utilizados
quando 0 gerador deve responder rapidarnente e com certa precisao a urn
contrale extemo de aumento ou reduyao da tensao de sarda au quando se deseja
urn range considenivel da tensao de saida. 0 inconveniente c que temos urn
outro dispositivo separado do motor que exige atenyao: a fonte de excita~ao,
que pode ser urn conjunto de baterias.
Os geradores autoexcitados, por dependerem apenas de si mesmos,
tornam-se solu<;oes rnelhores em algumas ap lica~5es. Nao havendo fonte
extema para excitayao do campo, obtem-se reduyao considenivel dos custos de
manutenyao, mas limitamos a ayao sobre 0 gerador, pois temos apenas controle
parcial do campo de excitayao.
o gerador sene tern aplicayao extremamente tecnica. Observe 0 sistema
em que existe uma fonte alimentando uma carga, que possui uma determinada
resistencia intema, Figura 6.9, e somada a isso temos a impedancia da linha de
transmissao. Conforme 0 aumento da corrente de carga, observe 0 que acontece
com a tensao na carga:
~ ...... • ..•.... . ..•..•........ . ~~~~~j~.~. ~~~t~.i~~ .. .... ... ........ • ..• ...... .. ..
RL(O) 1 (A) VRL(V) '" -~~;:'lt::;----- Ri =lmped&ncia da r 28 ohm~ Unha + Rintema
+ Abcrto 0 120
-=- 120V 50 a 700 ohms 700 0,17 115,4
"
400 0,28 112,1
'-____ --' Carga RL
300 0,37 110
100 0,94 93,7
70 1,22 85,7
Figur(J 6.9
A regula~ao da teosao de saida e pessima e 0 gerador serie pode rnelhora-Ia:
Ri ,------ Gerador5erie ------,
28 ohms
r-~--K3}--v~,--{44)-0~~~
+
-=- l20 V
E 5erie F
Armadura
Figura6. JO
+ -
A
+
50 a 700 ohms
Quem ja estudou circuitos eletricos sabc que com 0 3umcnto da corrente
solicitada pela carga ha urn aumenlO da queda de teosae na rcsistencia interna
da fonte e, consequentementc, reduyao na tensao de saida. 0 gerador CC serie
pode ser utilizado para aumentar a rcguia<;:ao de tcnsao nesse circuito. Com 0
aumento da corrente solicitada pcJa carga 0 gerador serie produz rnais tensaD
induzid3, 0 que compensaria as perdas na teosao transmitida it carga, Figura
6.10.
o gerador serie tern sido utilizado, portanto, em sistemas de distribulyao
CC como urn buster de tensao de linha, melhorando a regulayao. Devido a
dependencia da carga, 0 gerador serie e uma escolha n~o recomendada para
servir como Conte CC par sua regula~ao ruim.
Veremos quatro ensaios com geradores CC com conclusoes 6bvias e
perguntas para que voce responda com suas proprias observa~oes. Execute os
ensaios a seguir com dedica~ao e total atenyao. Anote todos os resultados e
procure resposta a todas as questoes que surgirem pelo caminho. Finalmente,
fonnule seus pr6prios questionamentos que, com pesquisa e tempo de trabalho
com essas maquinas, serno respondidos .
.. .. ........ ... , ....... ....... . ?~~~~o.r. ~~ ......... ..... ... . , ...... ' ....... B
6.7. Ensaio: g''ler!o:a~d!l;ot!.r...:C,,;C~_~ ___ ...
Objetivo: Estudar as propriedades e caractcrfsticas dos geradores CC na
pn'itica. Trayar as curvas tensao x corrente de armadura com situac;oes de carga.
Observar na pratica como realizar conex6es de circuitos com geradores.
Nota
Os ensaios deserilos em seguida foram realizados com urn determinado gerador ce.
IS50 na~ quer dizer que voce precise rea!izar seu ensaio com uma maquina idenlica
nem tenha de obter as mesmas valores anolados neste ensaio. 0 abjetivo principal e a
constataQao. Voce leu e releu a leoria, agora vai comprovar alguns aspectos seguindo
urn guia de procedimentos elaborado de forma que possa comparar seus resultados
com as resultados esperados e com os anotados no livro. Registre seus resultados e
desenhe os graficos.
Equipamentos utilizados: maquina ee, fonte ee ajustavel 0 a 120 V
8 A, tacometro, voltimetro e amperimetro para as correntes especificadas, reos-
tato de 500 n, conjunto de resistores de potencia. Motor sincrono
para aplicar
velocidade constante de 1800 RPM, 0,25 HP.
Aten~ao
Trabalhamos com niveis de tensao que podem trazer riscos a vida humana e partes
mecanicas girantes que podem causar danos ffsicos, portanto realize os ensaios
apenas sob orienta({8o e supervisao de urn profissional habilitado e siga a risca todas
as orienta<;5es de seguran<;a. Antes de ligar 0 equipamento para verificar 0 funciona-
mento e tomar nota dos dados, pe<;a ao profissional citado que inspecione 0 circuito.
Liga<;6es e altera<;6es devem ser feitas com os equipamentos completamente des-
ligados.
Caracteristicas da maquina CC: 0,25 HP 1800 RPM 120V 2,8 A como
motor, In enrolamento shunt = 0,3 A, In enrolamento serie = 3 A,
In armadura ~ 3 A. Como gerador: 120 VIA 120 W a 1.800 RPM.
Notas Iniciais: Apesar de termos a mesma ffiaquina CC, vamos trabalhar
com os geradores, 0 que nos leva a uma operayao diferente da realizada com a
maquina que opera como motor. No lugar do eletrodinanometro que servia
como carga M uma ffiaquina que deve aplicar for<;a motriz ao gerador. Par ser
urn ensaio, e preciso ler a maior precisao e estabilidade possiveis em termos de
rotayoes por minuto aplicadas ao gerador. Vamos utilizar urn motor trifasico
G ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maquinas Eletricas
sincrono para fomecer for<;:a moniz com velocidade constante. A Iigayao do
motor sincrono pode ser observada na figura 6.11 .
Re05tllto +
!~::: "-: _---1(~r-\-) -~.L 120 Vee
Figura 6.11
a estator/oijfxhado em estrela e
eonectado a rede trifasica. 0 rotor
bobinado Joi energizado com a Jonte
de 120 Vee. a reostato deve ser
ajllsfado para maxima excirar;iio do
rotor (todo a direita).
o motor sincrono e abordado em capitulo posterior. Por enquanto c
preciso dar atenyao apenas as liga<;:oes para que ele funcione como forya motriz
no ensaio.
Alem do motor sincrono, e necessaria urn banco de resistencias capaz de
atender as tabelas de registro de ensaio. Essas resistencias servem de carga para
o gerador, pennitindo que se verifique a regulayao.
Procedimentos
1) 0 circuito a ser montado pode ser estudado com 0 auxflio da Figura
6.12. A tensao de excitayao e fornecida pela [onte varia vel. A
maquina CC deve estar com 0 ajuste de linha neutra executado. Se
nao estiver, realize 0 ajuste confonne 0 ensaio do capitulo 5.
2) Faya as conexoes do circuito do
gerador como na Figura 6.12,
conecte 0 amperimetro, 0 volti-
metro e a fonte V cc desligada.
Mantenha a carga dcsligada;
sera realizado ensaio sem carga
inicialmente. Conecte urn am-
perimetro para medir a corren-
te de linha na alimentayiio
trifasica do motor sincrono.
C u ga
+
V
+
Arrnadura Shunt
Figura 6.12
3) Acople 0 motor slncrono ao gerador atraves do sistema polia correia.
4) Verifique tadas as ligayoes antes de ligar 0 motor sincrano. Solicite
inspeyiio.
5) Quando autorizado, ligue 0 motor sincrono que partini com torque
ajustado no reostato e velocidade constante de 1.800 RPM.
Gerador CC G
.. . ... . . .. ... . ..... . . ~
6) 0 proximo passo e ajustar a corrente de campo shunt de acordo com a
Tabela 6.1 , variando a tensao da fonte de alimenta/yao ligada ao shunt.
Ajuste a corrente, melfa a tensao gerada e registre 0 par de valores na
tabela:
lshunt (rnA) Vsaida (V)
0 12
50 32
iOO 52
150 78
200 100
250 11 8
3()() 128
350 140
400 150
Tabefa6.1
Corrente de Shunt (rnA)
Figura 6./3
7) Com todos os dados registrados, desl igue a fonte e a alimenta/yao do
motor sincrono. Com os dados da Tabela 6.1 construa urn gratico que
represente a tensao gerada sem carga com 0 aumento da corrente de
excitarrao de campo, Figura 6. 13.
8) Inverta a ligarrao do enrolamento shunt, ajuste a fonte de excitar;ao para
o V, ligue 0 motor sincrono, aumente gradativamente a corrente de
excitarrao e verifique se hfl inversao na polaridade da tensao gerada na
annadura. Se houve, desligue 0 motor e a fonte, acerte as ligalfOes do
amperfmetro e do voltirnetro na salda, religue 0 motor e a fonte e mc/ya a
tensao gerada para uma corrente de excitayao de 50 mAo Anote 0 valor.
9) Desligue 0 motor sincrono e a fonte de excitayao. Inverta duas das
tres fases de aiimentarrao do motor sincrono. Ligue 0 motor sincrono
e verifique se houve inversao na polaridade da tensao gerada. Se
houve, desligue-o, inverta 0 voltimetro e ligue-o novamente.
10) Desligue a fonte de excita/y3o e 0 motor sincrono. Instale 0 modulo de
carga ao circuito, como na Figura 6.12. Ajuste 0 modulo para uma
rcsistencia de carga de 120 ohms.
11) Ajuste lentamentc, atraves da fonte de excitayao, 0 campo shunt para
que na saida tenhamos uma tensao de 120 V sobre a rcsistencia de
120 Q . A corrente na carga deve ser aproximadamente I A. Anote a
corrente e a tensao na carga na Tabcla 6.2 para carga 120 Q.
~ Maquinas EMlricas
........... ... ...... ......... ....... ......... .. ... .... ..... ... .... ....... .... .
Rcarga (n) larmadura (A) Varmadllra Potencia (W) , motriz (A)
Sem carga 0 !32 0 0,35
600 0,2 130 26 0,4
300 0,38 125 48 0,45
200 0,6 125 75 0,5
ISO 0,8 120 96 0,55
120 I 120 120 0,6
100 1,2 1I8 142 0,62
80 1,4 lIS 161 0,64
75 1,5 1I2 168 0,65
Tabela 62
0,5 1,5 2
Corrente Armadura (A)
12) Complete a tabela para todos os valores de carga, ajustando a carga,
medindo a corrente e a tensao na annadura. Procure executar as
medidas 0 mais nipido possivel, principalmente para cargas menores
que 120 .0., pois a potencia desenvolvida na annadura esta acima da
nominaL Desligue os equipamentos ap6s tenninar.
Nota
Observe a coluna I motriz na tabela. A corrente no motor sfncrono aumenta conforme
aumentamos a carga. Quanto maior a carga, mais palencia ele lera de desenvolver
para manter a mesma velocidade. Pede-se deduzir que um gerador a diesel consumiria
mais diesel conforme aumentamos 0 consumo de energia elelrica.
P(W) = Vannadura x Iarmadura
13) Com os dados da Tabela 6.2 farya 0 desenho da curva (Varmadura x
Iannadura) caracteristica do gerador shunt com excitaryao indepen-
dente .
• . .... .. . . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . ~.e~~~o.r. ~~ .......... . .. . .......... . ........ §
larmadura (A) Varmadura
0 132
0,2 130
0,38 125
0,6 125
0,8 120
I 120
1,2 118
1,4 115
1,5 112
14) Responda as questoes seguintes corn base nos resultados do ensaio e
no estudo da teoria:
a) Se 0 gerador estivcr fomecendo 60 W de potencia a uma deter-
rninada carga e de repente a carga solicita urn aurnento para 120 W,
o que ocorre com a motor sincrono que movimenta 0 gerador?
b) Quais sao as duas maneiras testadas para inverter a polaridade da
tensao gerada?
c) Se 0 gerador pretende suprir 120 W de potencia a uma carga, qual
a potencia minima em CV da maquina motriz do gerador?
Considere rendimento de 100% (I CV = 736 W).
d) Calcule a regula~ao do gerador shunt com exci la~ao independcnte
com a equa.;:ao de regula.;:ao.
% Regula~ao V sem Carga - V com Carga
VcomCarga
x 100
6.7.2. Gerador shunt autoexcitado
Procedimentos
I) o circuito a ser montado pode ser
estudado com 0 auxilio da Figura
6. 14. A rnaquina CC deve estar com
o ajuste de linha neutra executado.
Se nao estiver, realize 0 ajuste con-
forme ensaio do capitulo 5.
v
+
Armadura Shunt
Figura 6.14
~ .......... ... ........ . ....... . ~~~I~i~.~. ~~~t~.i~~~ .. .. " .... . ..•..... . .... ... . ...
2) Far,;:a as eonexoes do eireuito do gerador eonforme a Figura 6.15.
Coneete 0 amperimetro, 0 voltimetro e 0 reostato em serie com 0
enrolamento shunt (0 reostato deve estar com resistencia zero) .
Mantenha a carga desligada para testar a eapaeidade de gerar;:ao sem
earga.
3) Acople 0 motor sinerono ao gerador atraves do sistema polia correia.
4)
Verifique todas as Jigar.;:oes antes de ligar 0 motor sinerono. Solieite
insper.;:ao.
5) Quando autorizado, ligue 0 motor sinerono que partini com torque
ajustado no reostato e veloeidade eonstante de 1.800 RPM.
6) Observe atentamente a tensao no voltimetro. Como 0 gerador esta
sem earga, a tensao de saida deve elevar-se aeima da nominaL Se isso
nao oeorreu (0 magnetismo residual pode ter sido anulado), desligue
o motor sinerono, inverta 0 enrolamento shunt e ligue 0 motor
sinerono novamente.
7) Anote a tensao gerada sem carga:
Varmadura: 170 V
8) Varie a corrente no enrolamento shunt atraves do reostato e verifique
se a tensao gerada sofre alterar,;:ao. Explique.
9) Ajuste 120 n de carga para 0 gerador C 0 rcostato do campo shunt
para wna tensao de saida igual a 120 V com earga. Observe 0 amperi-
metro; a corrente nao deve ultrapassar 1 A. Esta e a eondir.;:ao nominal
do gerador; nao altere mais 0 ajuste no reostato.
10) Anote as valores larmadura e Varmadura da eondiyao nominal na
Tabela 6.3. Ajuste as resistencias para cada situar,;:ao de carga na
tabela e anote os valores dc Iarmadura e Vannadura.
Nota
Em algumas situac6es de carga (R < 120 OJ a larmadura ultrapassa a nomina! para 0
gerador. Execute suas medi90es 0 mais rapido possivel nesles casos .
. . . . . •. . . . . . . . . . • . .• . . . . . . . . . . . . . . ~.e~~~o.r. ~~ .......• . . .. . .....• . . • . . ......... §
Rcarga (0) larmadura (A) Varmadura (V) Potcncia (W)
Sem carga 0 156 0
600 0,25 144 35
300 0,43 135 58
200 0,6 130 78
150 0,8 125 100
120 1,0 120 120
100 I, I 115 126.5
80 1,3 107 139.1
75 1,35 105 141,8
Tabe/a 6.3
11) Com os dados da Tabela 6.3 eonstrua a curva de regular;ao do
gerador:
~
, 150
1 100
~ 50
~
o
o 0,5 1,5
Corrente Annadura (A)
Figura 6.15
12) Responda as questoes sobre este ensaio de aeordo com seus conheci-
mentos teoricos e praticos:
a) Se eonectamos 0 enrolarnento shunt de forma que. ao ser alimen-
tado, 0 campo magnetico inieial anule 0 residual , 0 que oeorre
com 0 gerador?
b) Se 0 campo magnetico residual for totalmente eliminado de urn
gerador como 0 ensaiado, ele vai trabalhar? Como voce faria para
colocar 0 gerador de volta em operay8o?
c) Ca1cule a regular;ao do gerador ensaiado.
0i ....................... ... .... ~J.~~i~.~s. ~~~t~.i~~~ ... . .... . . .. .. . .. .. .. . . .. .. , . . .
6.7.3. Gerador com ound autoexcitado
Procedimentos
1) 0 crrcuito a ser montado pode seT estudado com 0 auxilio da Figura
6.16. A maquina CC deve estar com 0 ajuste de linha neutra executado.
Se nae estiver, realize 0 ajuste confonne ensaio do capitulo 5.
E + '--r-, 3 A,
+
V Cary"
Reoslllto
Figura 6./6
2) Faya as conexoes do circuito do gerador confonne a Figura 6.17,
conecte 0 amperimetro, 0 voltimetro e 0 rcostato em serie corn 0
enrolamento shunt (0 rcostato deve estar com resistencia zero).
Mantenha a carga desligada, pais sera testada a capacidadc de
gerayao sem carga inicialmente.
3) AcapIc a motor sincrono ao gerador atraves do sistema polia correia.
4) Verifique tadas as ligayocs antes de ligar 0 motor sinerono. Solicitc
inspcyao.
5) Quando autori zado, ligue 0 motor slncrono. 0 motor sincrono vai
partir com torque ajustado no reostato e ve10cidade constante de
1.800 RPM.
6) Observe atentamente a tensao no voltimetro. Como 0 gerador esta
sem carga, a tensao de saida deve elevar-se acima da nominal. Anote
o valor da tensao scm carga.
Vannadura = 175 V
7) Varie 0 reostato de campo shunt e vcrifique se ha alterayilo na tensilo
gerada. Explique por que ocorrc alterayao.
8) Ajuste 0 reostato de campo shunt para tensao de saida de 120 V. Anote
os val ores de I c V de armadura na Tabela 6.4, na linha sem carga.
GeradorCC G
.... ......... ... .. ...... ...... .......................... .... ..... .... .. ... .... ~
Rcarga (O) larmadura (A) Varmadura (V) Potencia (W)
Sem carga 0 120 0
600 0,2 120 24
300 0,35 120 42
200 0,6 120 72
150 0,75 120 90
120 1,0 120 120
100 1,2 120 144
80 1,5 120 180
75 1,6 120 192
Tabela 6.4
9) Insira os diversos valores de carga constantes na Tabcla 6.4. registre
as va lores de I e V de annadura medidos para cada valor de carga.
DesJigue 0 motor sincrono c a sistema ao tenninar.
Notas
A tensao dave manter-se aproximadamente constante para os diversos valores de
carga (compound cumulativo). Se isso nao ocorrer, desligue 0 motor sincrono, inverta 0
enrolamento sene e volte para 0 item a.
Com cargas menores que 120 n, 0 gerador passa a Irabalhar acima da capacidade
nominal, portanlo seja rapido nas medi¢es nessa etapa.
10) Com os dados da Tabela 6.4 construa a curva de regula~ao do gerador
compound cumulativo:
o 2
Corrente Arm~durn
Fig/lra 6.17
IJ) Inverta a Iiga~ao do enrolamento serie para 0 ensaio do gerador
compound diferencial.
~ .....•.... . ..•..• . ... . ........ ~~~l~i~~. ~~~~r:~~~ ...... .... ........ ............ .
12) Retire a carga do gerador. Ligue 0 motor sincrono e ajuste, atraves do
reostato de annadura, a tensao de sa ida para 120 V. Me~a e registre
na Tabela 6.5 a I e a V de annadura.
13) Complete a Tabela 6.5 com os valores de I e V de annadura para os
diversos valores de resistencia de carga. Terminado, desligue todos os
equipamentos.
Rcarga (0) Iarmadura (A) Varmadura M Potencia (W)
Sem carga 0 120 0
600 0,2 109 22
300 0,25 94 23,5
200 0,38 80 30,4
150 0,4 56 22
120 0,36 44 16
100 0,34 32 11
80 0,32 24 7,7
75 0,32 20 6,4
Tubela 6_5
14) Com os valores da Tabela 6.5 construa a curva de regula~ao do
gcrador compound diferencial:
_140
Gl20
5100
u
~ BO
• 60
~ 40
~ 20
larrnad~ fA)
Figura6. /B
15) Responda as questOes seguintes com rela~ao ao ensaio executado:
a) Como se verifica se urn gerador 6 diferencial ou cumulativo?
b) Quais sao as duas maneiras de alterar urn gerador compound
diferencial para cumulativo?
c) Calcule a regul3l;:ao de tensao do compound cumulativo.
d) Calcule a regulalYao de corrente do compound diferencial.
e) Explique por que a tensao de saida no gerador compound cumu~
lativo nao decresce com 0 aumento da carga .
. ... .... .. .. . . .... . .. . . . . . . . .. . . . . ~~~~~~r. ~~ ................ . ............... . ~
______ -->6.7.4. Gerador CC serie
Proccdimentos
1) 0 circuito a ser montado pade seT estudado com 0 auxiJio da Figura
6. 15. A maquina CC deve estar com 0 ajuste de Iinha ncutra executado.
Se me estiver, realize 0 ajuste confonne ensaio do capitulo 5.
+
>--- -------{Ah---,
+
v c.go
Figllra li./9
2) Monte 0 circuito da Figura 6.19, mantendo a carga desligada
inicialmcnte.
3) Liguc 0 motor smeTano e mes:a a tensae gerada com 0 circuito aberto:
Vcc=12,8V
4) Complete a Tabela 6.6, inserindo os val ores de resistencia de carga,
registrando os val orcs de tensao e de corrente oa carga. Ao tenninar,
desligue lodos as equipamentos.
Rcarga (0) Icarga (A) Vcarga (V) Potencia (W)
Sem carga 0 13 0
40 0,74 30 22,2
37,5 0,83 31 25,7
35,3 0,92 33 30,4
33 ,3 1,00 35 35,0
31,S 1, 10 38 41,8
30 1,20 39 46,8
28 1,30 40 52
Tabela 6.6
~ ...... . ....... . . .•...... . ..... ~~~'~i~I.~. ~~~t~.i~~ ............. . . . . .... . ........ .
5) Com os dados da Tabela 6.6 construa a curva de regular.;:iio do motor
serie.
o 1
Corrente Carga (A )
Figura 6.10
6) Responda as questoes seguintes relativas ao ensaio:
a) Com 0 gerador sem carga, circuito aberto, urna tensao de apro-
ximadamente 12 V apareceu entre os terminais de saida. Como
is so e possivel?
b) Calcule a regu la~ao de tensao do gerador serie.
c) Preencha 0 quadro comparativo dos geradores:
Gcrador Regula~iio Tensiio Max. Salda
Shunt Exc.
Ind.
Shunt Autoexc.
Compound
Compound Dif.
Serie
Tabela 6.7
Nota com rela~iio aos termos em ingles em maquinas CC
Alguns tennos em ingles foram mantidos, mas e possivel encontrar a
mesma maquina fabricada no Brasil com nome adaptado para 0 portugues ou
com nomes traduzidos em livros tecnicos:
a) Motor shunt: Motor paralelo
b) Motor compound: Motor composto, motor serie-paralclo
c) Compound diferencial : Composto diferencial, serie-paralelo
diferencial
GeradorCC G
................ ...... ................................. ........ ... ............ ~
d) OverCompound: SobreCompound
e) UnderCompound: SubCompound
f) FlatCompound: Compound Nonnal
6.8. Exercicios de fIxa~iio
1) 0 que e gerador?
2) Qual 0 componente que define se urn gerador sera CC ou CA?
3) Dcscreva 0 principia de funcionamcnto do gerador.
4) Quais sao os dois grupos principais de gcradores CC?
5) Descrcva as vantagcns e desvantagens dos geradores com excitayao
indepcndente com re la~ao aos geradores autoexcitados.
6) Descreva as caracteristicas do gerador shunt com cxcitayao inde-
pendente.
7) Cite as caracteristicas do gerador shunt autoexcitado.
8) Descrcva as caractcristicas do gerador compound.
9) Descreva as caracterfsticas do gerador seri e.
@t ...... ... ... ..... .... ......... ~~~l~j~~. ~~~/~.j~~ .• ....•..•.......•.. • ....•..•..
Motores Monofasicos CA
7.1. Introdu iio
E reconhecido como motor monofasico qualquer urn que na~ seja ligado a
uma linha trifasica. Tecnicamente avaliando, urn motor ligado a uma redc
220 Y, corrente altemada, fase-fase, na realidade recebe duas fases, estanda
concctado a uma rede bifasica. Por outro lado, se conectarmos a motor a uma
rede 220 V, fase neutro, teremos uma alimentayao monofasica para 0 motor.
Tratando-se de maquina, nomeamos 0 motor de acordo com 0 modo de tratar
com a teosao de alimentayao internamente. Como as fascs sao defasadas de
1200 e analisa-se a resultantc aplicada ao motor e sellS efeitos, chamamos de
motor monofasico aquele cujo funcionamento baseia-se em uma fase.
o mais importante e que estamos ceTcados por esses motores, principal-
mente na vida domestica. A bomba-d'agua do condominio, 0 aspirador de po, 0
processador de alimentos, 0 condicionador de ar, 0 ventilador, todos esses
aparelhos/equipamentos podem ter ou tern como elemento 0 motor monofasico.
Os motores monofasicos sao encontrados geralmente corn potencias menores
que 10 cv.
Este capitulo aborda as caracteristicas elementares do motor monofasico
de fase dividida ou fase aux il iar, com e sem capacitor de partida, motor de fase
dividida com capacitor pemlanente e motor de campo distorcido ou polo
dividido. Para 0 motor de fase dividida e feita uma demonstra~ao de ensaio
pnitico, executando testes fundamentais para auxiliar na compreensao do
funcionarnento dessa maquina. Voce fica com a tarefa de associar os motores
estudados corn as motores presentes no sell dia a dia e chegar a conclusao de
que na industria a dominio do motor trifasico e total, mas em eletricidade
predial e residencial, 0 motor monofasico e soberano .
. . .. . .... . • _ . ....... . ...... . ~~~~~~s. ~~~~~~~j~~~.~~ .........• . .• _ • .. • ..•. . ..... §
7.2. Motor de fase dIJ' ,-!'~d!,!' _~"r,-,a",c,-"teristica construtivas
Basicamcnte 0 motor de fase dividida possui quatTo componentes prin-
cipais, senda enrolamento principal, enrolamento auxiliar ou de partida, rotor
gaia la de esquilo e interrupter centrifugo, Figura 7.1.
2
Principal
InterrupiOT
centrifugo
o
Rotor
gaiola
Figura 7./
4
AuxililiT
o intermpror centrifugo deve estor sempre
ligado ao ellrolamenlo auxiliar para
desligti-lo apOs a partida. 0 enrolamento
auxiliar niJo sliporra a reI/suo nominal do
motor por rna;s de poucos segundos e precisa
ser desligado QpiJs a parlida.
o principal e 0 enrolamento de trabalho do motor, que mantem 0 motor
funcionando. Ele e constituido de muitas espiras de fio rnais grosso que 0
utilizado para 0 enrolamcnto auxi liar.
o enrolamento auxi li ar C 0 respons3vel pela partida do motor. Ele ajuda a
proporcionar 0 torque inicial para que 0 motor sa ia da inercia. 0 fio utilizado
nessc enrolamento tcm se~iio menor que 0 fio utilizado no emolamento
principal.
o interruptor centrifugo tern a responsabilidade de desligar 0 enrolamento
aux iliar apcs a partida. Esse interruptor inicia ligado, permitindo a energizarrao
do enrolamento auxiliar. Apcs a partida, 0 enrolamento auxiliar deve ser
desligado, entao 0 interruptor centrifugo~ que fica preso ao rotor. sob arrao da
forya centrifuga, abre 0 centalo eletrico, desligando 0 enrolamento auxiliar.
o rolor gaiola de esquilo, quando pronto, Figura 7.3, nao parece uma
gaioia de esquilo. Quando analisamos a sua constrw;:ao ou construimos urn
experimental, Figura 7.2, nOlamos a semelhan~a. Nesse rotor serno induzidas
as corrcntes que formam polos magneticos que seguem 0 campo girante no
estator.
Figura 7.2 Figura 7.3
7.3. Principio de funcionamento
do motor de fase dividida
Para entender a funcionamento do motor de fase dividida, c preciso saber
urn pouco de amilise de circuitos CA para entender como a fase e dividida e
eletromagnetismo para aplicar 0 principio da induyao ao rotor, em que uma
corrente c induzida nele pelo campo magnetico criado no estator.
Temos dois enrolamentos com caracteristicas eh~tricas diferentes. 0
enrolamento principal ou de trabalha, por ter mais espiras e fio de maior seyao
que 0 enrolamento auxiliar, possui menor resistencia e maior reatancia
indutiva. 0 enrolamento auxiliar possui maior resistencia e reatancia men or ou
proxima it reatancia do enralamento principal. !sso provoca duas defasagens
angulares de corrente com relayao a tensao da rede se os enrolamentos forem
conectados em paralelo com a rede.
A Figura 7.4 mostra a ligayao do motor de fase dividida. A reprcsentayao
eietrica e apresentada na Figura 7.5. Note que 0 interrupt~r centrifugo (Ie) esta
acionado. Colocando em numeros, considere os seguintes val ores:
Raux = 6,5 n, Rprin = 2,9 n, ZLaux = 10 0, ZL prin = 8 n, sendo R
medida com 0 ahmimetro e Z encontrado no ensaio com corrente alternada.
Motores Monofasicos CA G
. . . .. . . .. .. . .. . . .. ~
3
Interruplor IT
centrifugo Ie
0
~-
VCA
Rprin
"""'
+ VCA
"'-
11 12
Rotor
gaiolil : XLprin ><La",
2 4
Principal Auxiliar
Figura 7.4 Figura 7.5
Utilizando Z = ~R 2 + X1 2 (Pitagoras) e trigonometria, encontra-se 0 valor
o
das impedfulcias angulares e por lei de Ohm, considerando U = 120LOoV , tem-
-se as correnles angulares:
o 0
[] ~ 15L ~ 68° A 12 ~ 12L~49,5° A
laux<-4S,9"
Jprinc<-68"
Ulinh(l<O"
Considerando a lemoo de linha a O~
calculando a corrente angular no auxiliar e
110 enl'O/amenro principal, pode-se verifiea,. a
defasagem de corrente cntre os dais
ellyo/amen/os.
Com e.ue alrasa entre as dois ellyo/amen/os
temos duos fases criadas que siio
determinanres no fonnariio do campo giron/e.
Note que tcmos duas corrcntes que Qcorrem em momentos e fases
difcrentes. 0 angulo entre elas c menor que 90°, mas suficiente para produzir
polos magneticos em momentos diferentes no estator, dando inicio ao campo
girante. Resta saber como funciona a ayao do campo girante.
Analisando os angulos das correntes e ap licando alguma teoria, chega-se
ao modo como 0 campo girante trabalha e faz 0 rotor girar. Se a corrente no
enrolamento auxiliar aparece primeiro, e correto presumir que urn polo magne-
tico sen! criado nesse enrolamento e alguns graus depois se inicia a criayao do
polo no enrolamento principal.
0i .. ...... .. ... .. .. .... ..... .... ~~~~i~~. ~~~~r:~~~ .... ... ..................... .. .
Fisicamente 0 enrolamento auxiliar esta posicionado,
em urn motor de
quatro polos, a 45" do enrolamento principal (180" I n' de polos). Sabe-se
agora que a divisao de fase pennite que criemos urn polo no enrolamento
auxiliar c em scguida, alguns graus depois, um polo no enrolarncnto principal.
No rotor gaiola sao induzidas correntes por esses campos rnagneticos, que
criam campos magneticos opostos; tem-se enUio polos contrarios no estator e no
rotor. Como polos contnirios se atraem, 0 rotor e forvado a acompanhar 0
dcslocamcnto de 45° do polo auxiliar para 0 principal, iniciando 0 movimento do
rotor. Veja as Figuras 7.6 e 7.7.
N N
A= Prioc A" Prioc
-cWir '-'JW.r
-cWir -cWir
~Ad S~Prioc ~A=
S ~AO' ~Pri" ~A= ~J"
Prioc A= Prine A"
Jffil'.. Jffil'.. Jffil'.. Jffil'..
N N
Figllra 7.6 Figura 7. 7
Nota
Observe as setas nas Figuras 7.6 e 7.7, que indicam a direyao dos polos e mostram a
soma vetorial de fol'<,:as entre os polos e a resullante que define a proxima posicao do
rotor. Grosseiramente, pode-se fazer uma analogia em que urn Ima gira em circulo e
faz com que 0 rotor 0 acompanhe.
Claro que iS50 se torna uma sequencia e 0 rotor nao volta para 0 polo inicial,
pois e mais facil, devido a direc;ao do movimento, ir para 0 polo auxiliar seguinte
a 90°. Outro ponto e que 0 polo [onnado provem de uma corrente senoidal que
cria 0 campo que varia com 0 tempo e inverte a polaridade. Is50 faz parte do
funcionamento do motor, mas cria urn problema. A frequencia da rede e 60 Hz.
Como 0 motor aproveita as dois semiciclos dessa tensao, temos intemamente urn
campo girante a 120 Hz. Dobrada a frequencia, ouviremos urn ruido caracte-
ristico do motor, mas incornodo para algumas aplicavOes.
Quanto maior a angulo entre a corrente no auxiliar e a corrente no
principal, mais a corrente no auxi liar tern sua defasagem reduzida com relacao
.... .... ... ..... ... ......... ~~~~':~S. ~~~~~~i~~~. ~~ .. .... . ......•..• _ ... .. .. . .. B
a tensao e maior 0 torque de partida do motor. Apos a partida 0 enrolamento
auxiliar e desligado pelo interruptor centrifugo e 0 rotor segue 0 campo girante
produzido pelo enrolamento principal. Inverter a rotaCao e simples, basta
inverter a ligay30 do enrolamento auxiliar.
A corrente de partida do motor de fase dividida e aproxirnadamente cinco
vezes a corrente nominal desse motor e 0 torque do motor e proporcional ao
scno do angulo de defasagem dessa corrente.
7.4. Motor monofasico com ca acitor de artida
o motor monofasico de fase dividida tern torque limitado pelo angulo
maximo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos auxiliar e principal.
Para apiicayoes scm exigencia de torque, pequenos exaustores e ventiladores
pode ser uma boa oPC80, mas para movimentar uma bomba de recalque, por
exemplo, necessitamos de urn torque maior. Como 0 torque e proporcional ao
seno do angulo, se aumentarmos 0 angulo, aumentamos 0 torque.
Para aumentar 0 angulo de defasagem entre as correntes, e preciso
aprox imar ainda mais a corrente do enrolamento auxiliar da ten silo de linha,
reduzindo 0 angulo de defasagem negativo. Urn capacitor de partida instalado
em serie com 0 enrolamento auxiliar e 0 interruptor centrifugo pode resolver 0
problema. A reatancia capacitiva anula parte da reatancia indutiva, reduzindo 0
angulo da corrente no aux iliar.
Capacitor
lnterruptor }931lF
cemrifugo
o
Rotor
""""
3
2}-------------(4~--~
Principal Auxiliar
Figura 7.8
Apos a partida 0 enrolamento allxiliar
deve ser desligado pdo intermptor
centrifllgo, pais esse enrolamenfo
nao sllporta a lensao nominal
por tempo pr%ngado e qlteima
se continua/" ligado.
Como em roda partida de motor, os
enro/amentos consomem lima corrente
instantlinea SlIperior a sua corrente
nominal. porranto se 0 motor niio parle,
por um defeito no centrifugo, ha
aquecimento e 0 mOlOr pode .wfrer
danos.
~ . .. .. . ....................... . ~~~~i~.~S. ~~~t~:~~ .... ......................... . .
o capacitor de partida pode ser calculado aproximadamente com a
equayao:
6 C~ Inp·10 If1I'l
2·n f·U
Sendo:
•
•
•
Inp = corrente do enrolamento auxiliar (In x 2)
f = frequencia
U = tensao
o capacitor de partida eleva 0 torque na partida e e retirado do circuito
juntamente com 0 enrolamento auxiliar quando 0 interruptor centrifugo abre.
7.5. Motor monofasico com ca~acitor ~ermanente
Encontrado popularmente em ventiladores de condicionadores de ar e
ventiladores de teto, motores monofasicos com capacitor permanente tern uma
grande vantagem sobre os motores de fase dividida com ou scm capacitor de
partida: menor vibrayao e exce1cnte Cos<p.
}------< 31)----,
o
Rotor
Q<l.iola
Capacitor
Figura 7.9
Nesse motor femos dois enrolamentos
praticamente iguais no estator. Se siio iguais,
tem os mesmos valores de imped!mcia e
defasagem, esta ultima praticamenfe 0°.
E onde enlra 0 capacitor em serie com urn dos
enrolamenlos, produzindo a deslocamento de
fase necessario para a partida e 0
fimcionamenlo do motor.
o motor de capacitor permanente possui dois enrolamentos com
caracteristicas semelhantes que permanecem conectados a rede todo 0 tempo
em que 0 motor estiver ligado. Podemos nomea-los como enrolamento prin-
cipal e enrolamento principal 2 0 que tern urn capacitor em serie .
. . . . . . . . .. . .. . . . . . . ... . .. .. . ~~~~~~s. "!.~~~~a:.i~~~. ~~ ... ....... .. ........ ..... ... §
Ha dois campos trabalhando no motor com defasagem proxima a 90°
devido ao capacitor. Como 0 capacitor nao e desconectado do motor em
nenhum momento, podemos considerar que 0 motor trabalha com duas fases
para detenninada corrente de carga, pois as reatancias indutiva e capacitiva
dependem da corrente. Em outras palavras, pode-se projetar 0 motor para
trabalhar com duas fases internas a detenninada carga, reduzindo vibrar;ao e
aumentando 0 fator de potencia.
7.6. Ensaio: motor monofasico
Objetivo: Estudar as propriedades e caracteristicas dos motores mono-
fasicos na prfitica. Observar na pnitica como realizar conexoes de circuitos com
motores e conexoes mecanicas com equipamentos auxiliares.
Nota
Os ensaios descritos em seguida foram realizados com urn determinado motor CC. Isso
nao quer dizer que voce precise realizar seu ensaio com uma maquina identica nem
que tenha de obter os mesmos valores anotados neste ensaio. 0 objetivo principal €I a
constata9<3o. Voce leu e releu a teoria, agora vai comprovar alguns aspectos seguindo
um guia de procedimentos elaborado de forma que possa comparar seus resultados
com os esperados e com os resultados anotados no livro. Registre seus resultados.
Equipamentos utilizados: motor monofisico de fase dividida com
capacitor de partida, fonte CA ajustavel 0 a 120 V 8 A, fonte CC ajustavel 0 a
120 V, eletrodinamometro com capacidade de aplicar cargas ate 3 N.m,
tacometro, voltimetro e amperimetro para as COITcntes especificadas.
Aten~ao
Trabalhamos com niveis de lensao que podem trazer risco a vida humana e partes
mecanicas girantes que podem causar danos fisicos, portanto realize os ensaios
apenas sob orienta9<3o e supervisao de urn profissionar habilitado e siga a risca todas
as orientaifOes de seguram;a. Antes de ligar 0 equipamento para verificar 0 funciona-
mento e tomar nota dos dados, peya ao profissional citado que inspecione 0 circuito.
LigayCies e alterayCies devem ser feitas com todos as equipamentos completamente
desligados.
Importante
Para medir a potencia ativa totar e, consequentemente, as perdas no motor, vamos
utilizar urn wattimetro. Esta €I a maneira mais simples de obter esses dados. A outra
maneira, atraves de calculos, fage ao escopo deste livro.
e.-.............................. ~~~~i~.~. ~~~t~:~a: ........ ... ........ ... .. ...... .
7.6.1. Motor de fase
dividida
Objetivo: Neste ensaio sao verificadas as caracteristicas do motor de fase
dividida quanta a caracteristicas eh~tricas, velocidade, torque, respostas com
carga.
Caractcristicas da maquina: modulo motor de fase divididalcapacitor de
partida 0,25 HP 1715 RPM 120 V.
Observa~ao
o motor foi projelado para funcionar como fase dividida sem 0 capacitor de partida.
Proccdimcntos
1) Inicialmente obtenha as caracteristicas fisicas do sell motor confonne
a seguir:
Numcro de polos principais: 4
Nurnero de polos auxiliares: 4
Distancia fisica em graus entre as dais enrolamentos : 45°
2) Mey3 a resistencia dos enrolamentos com urn ohmfmetro e anale:
Raux ~ 7,76 n
Rprin ~ 3,18 n
3) Obtenha a impedancia dos enrolamentos com as seguintes procedi-
mentos:
Montar 0 circuito da Figura 7. 10. Verifique se a fonte CA esta em 0 V:
v v~
2 )--- --'-- ------'
Principal
Figura 7.10
Com esta montagem e obfida a impedimcia do
enrolamento. Como a resisteneiafai medidu.
aplicamos a formula para aehar 0 lingulo de
dejasagem no enrolamenta:
R Costp = - tp = arcCostp
Z
Ajuste a tensao da fonte ate que leia 1 A no amperirnetro. Meya a tensao
aplicada ao enrolarnento principal e anote a corrente medida e a tensao.
Oesligue a fonte. Corn os dados calcule a irnpedancia Z:
. U Zprm = - = l4,3 n
1
u~ 14,3 V
... .. .. . .... .... . ........ ... ~~~~~~s. ~~~~~~i~~~. ~~ . ... . .. . .. . .... • .. •..•. . .. . . B
Repita os procedimentos 3.1 e 3.2, substituindo 0 enrolamento princi-
pal peto auxiliar:
U I~ IA Zaux ~ ~ ~ 12,67 n
1
U~12,67 V
4) Com os val ores de impedancia calcule 0 Angulo entre R e Z nos
enrolamentos principal c auxiliar. Esse angulo sera a dcfasagem entre
a tensao de alimenta9ao e a corrente nos enrolamentos:
R Coscp ~ - cp ~ arcCoscp
Z
cpaux ~ 52,23" cpprin ~77, IS"
5) Se 0 motor possui quatro bobinas principais, entao possui quatro polos.
Ca1cule a velocidade do campo girante com a seguinte formula:
RPM 120xf ~ 1800
np
sendo: np = n2 de polos e f = frequencia
6) Efetue as ligayoes como demonstra a Figura 7.11 com a fonte inicial-
mente desligada e desconectada do circuito.
Inlerruptor
centrifugo
o
Rotor
gaiola
3
w
A
Niio erre esta ligafiio: 0 interruptor
VCZl l20V cenrrifugo dew estar em serie com 0
enrolamento mai/iar.
(:2i)------~ 4}----'-----.J
Principal Auxiliar
Figura 7.11
0.- ....... ... ..... .......... ..... ~~~~j.n.~v. ~~~~r!~~ ........... ....... ..... .
7) Acople 0 eletrodinamometro, com ajuste inicial em 0, ao motor
monoHisico.
8) Pre-ajuste a [onte CA fora do circuito para uma tensao de 120 VCA
(tensao nominal do motor). Conecte a fonte pre-ajustada, mas desli-
gada, ao circuito, conforme a Figura 7. 11.
9) Ligue a fonte e observe a corrente de partida do motor, que deve
durar poucos segundos. Desligue a fonte e registre a corrente de
partida medida:
Ip ~ 26 A
Observalfao
Neste momento voce testa a ayao do interruptor centrifugo Que desliga 0 enrolamento
auxiJiar e teremos uma corrente de 60% a 80% da nominal do motor. Se a corrente 5e
mantiver em valores altos, desligue imediatamente 0 motor e verifiQue 0 interruptor
centrifugo, pois ele pode nao ter desligado 0 enrolamento auxiliar.
10) Ligue a fonte e observe a corrente nominal do motor sem carga
(eletrodinamometro desligado). Desligue a fonte e registre a corrente
medida na Tabela 7.1.
U (volts) Carga (N,m) I (amperes) Velocidade (RPM) Wattimctro (W)
120 0 3,25 1790 105
120 0,35 3,5 1765 220
120 0,7 3,9 1745 295
120 1 4,4 1720 375
120 1,4 5,1 1680 475
Tabela 7.1
11) Ligue 0 eletrodinam6metro. Para todos os valore5 de carga constantes
na tabela, ajuste a carga no dinam6metro, me.ya a corrente absorvida,
a potencia e a velocidade desenvolvida. Registre todos os val ores na
Tabela 7. I.
12) Calcule os val ores de potencia desenvolvida pelo motor (ponta do
eixo) para as situa'Yoes de carga da Tabela 7. 1 utilizando a seguinte
equa.yao:
P(W) ~ RPMxN ·mxO,I05
... , ..... ....... ...... ...... ~~~~~~, ~~~~~a:.i~~~. ~~ ............................ ~
Calcule tambem a potencia aparente consumida S = v x 1. Registre todos
OS val ores na Tabela 7.2:
Carga (N·m) W Eixo HP Eixo Potencia aparente total VA
0 0 0 390
0,35 63 0,084 420
0,7 125 0,168 468
I 177 0,24 528
1,4 2'2 0,324 612
Tabela 7.2
13) Compare a potencia nominal do motor com a HP Eixo e verifique em
que momenta 0 motor ultrapassou sua potencia nominal (converta W
em CV dividindo par 736 e em HP dividindo por 746). 0 valoT de
carga que exigiu uma palencia imediatamente menor au igual it
potencia do motor e a "plena carga".
14) Calcule 0 fator de potencia do motor sem carga e a plena carga:
Cos'" a vazi<F P(W) 105 = 0 26
y SIVA) 390 '
Cos,!, a plena carga P(W) 375 = 0 71
SIVA) 528 '
15) Calcule a cficiencia do motor considerando a potencia desenvolvida a
plena carga.
Efic% = Psaida x lOO= 177 x l00=47%
Penl 375
16) Calcule as pcrdas no motor a plena carga.
375 - 177 = 198 W
17) Calcule a potencia reativa desenvolvida no motor a plena carga.
Q = Sco<pxS=371 ,8 Var
18) Calcule a corrente nominal aproximada do motor com a seguinte
formula (considere eficiencia e fator de palencia a plena cargal:
10= HP x746
120 xCos,!,x~
4,47A
a Mtiquinas Etetricas
...................... ... ................................. ................. ...
Sendo:
•
19)
11 = eficiencia do motor a plena carga
Com 0 motor totalmente na inercia, ajuste 0 eletrodinamornetro para
carga maxima, ligue a fonte e leia 0 torque de partida indicado no
dinamometro. Dcsligue tudo quando tcrrninar e registre 0 valor:
Torque de partida = 1,6 N.m
20) Responda as questoes seguintes com reiayao ao experimento:
a) 0 que aconteceria se 0 interruptor centrifugo nao desligasse 0
enrolamento auxiliar?
b) Quantas vezes a corrente de partida e maior que a corrente a
vazio?
c) Qual a porcentagem da corrente a vazlO em reiayao a corrente
nominal?
7.6.2. Motor de Case auxiliar com ca acitor de a ida
Objetivo: Neste ensaio sao verificadas as caracteristicas do motor de fase
auxiliar com capacitor de partida quanta a quest6es eletricas, velocidade,
torque, respostas com carga.
Procedimentos
1) Efetue as ligayoes como dernonstra a Figura 7.12 com a fonte
inicialmente des Ii gada e desconectada do circuito.
Principal
lnterroptor
centrifugo
o
Rotor
gaiol"
Allxili"r
Figura 7.12
w
A
Vca 120V
Nao erre eS/a ligar;ao: 0 internlptor
centrifugu deve estar em serie com 0
enrofamentu auxiliar. Desta vez lem-se
14m capacitor em serie com 0 internlptor
e cum 0 el1rolamento auxiliar.
Q
.......... ... ... ...... ... .................... .... ....... .... .... ....... ....... ~ Motores Monofasicos CA
2) Acople 0 eletrodinamometro, com ajustc inicial ern 0, ao motor
monofasico.
3) Prc-ajuste a fonte CA fora do circuito para uma tensao de 120 yeA
(tensao nominal do motor). Conecte a fonte pre-ajustada ao circuito
confonne a Figura 7.12.
4) Ligue a fonte e observe a corrente de partida do motor, que deve
durar poucos segundos. Dcsligue a fonte e registre a corrente de
partida medida:
Observa~ao
Neste momento voce testa a agao do interruptor centrifugo que desliga 0 enrolamento
auxiliar e teremos uma corrente de 60% a 80% da nominal do motor. Se a corrente se
mantiver em valores altos, desligue imediatamente 0 molor e verifique 0 interruptor
centrifugo, pois ele pode nao ter desligado 0 enrolamento auxiliar.
5) Ligue a fonte e observe a corrente nominal do motor scm carga
(eletrodinamometro desligado) . Desliguc a fonte e registre a corrente
medida na Tabela 7.3.
U (volts) Carga (Nom) I (amperes) Velocidade
(RPM) Wattimctro (W)
120 0 3,25 1790 105
120 0,35 3,5 1765 220
120 0,7 3,9 1745 295
120 1 4,4 1720 375
120 1,4 5,1 1680 475
Tabela 7.3
6) Ligue a eletrodinamometro e a fonte CA. Para todos as val ores de
carga constantes na tabela, meqa a corrente no motor, a potencia
absorvida e a velocidade. Desligue todos as equipamentos no final.
Registre todos os valores.
7) Calcule os val ores da potencia desenvolvida pelo motor para as
situar;oes de carga da Tabela 7.3, utilizando a seguinte equar;ao:
peW) ~RPMxN, mx 0,105
~ • •••• 0 0" • • •••• o • •••• • ••••••• • ~a.~'~i.n.~s. ~~~t~.i~~~ . . ......•..•.... . . 0 " •• • 0 •• • •• •
Registre as valores na Tabela 7.4:
Carga (N.m) WEixo RP Eixo Potencia aparente total VA
0 0 0 390
0,35 63 0,084 420
0,7 125 0,168 468
I 177 0,24 528
1,4 242 0,324 612
Tabela 7.4
8) Compare com a potencia nominal do motor e verifique em que
momenta a motor ultrapassou sua potencia nominal (converta W em
CV dividindo por 736 e em HP dividindo por 746). 0 valor de carga
anterior a este valor e a "plena carga".
9) Calcule 0 fator de potencia do motor sem carga e a plena carga:
. P(W) Coscp a vazlo = ::-::'-:-:':..
S(VA)
COSl.p a pl~na carga P(W)
S(VA)
105
390
0,26
375 = 0 71
528 '
10) Calcule a eficiencia do motor considerando a potencia desenvolvida a
plena carga.
Efic% = Psaida x 100 = 177 x 100 = 47%
Pent 375
11) Calcule as perdas no motor:
375 - 177=198W
12) Calcule a potencia reativa desenvolvida no motor a plena carga:
Q=Sen<pxS=37I ,8 VAr
13) Calcule a corrente nominal do motor com a seguinte formula:
Sendo:
HPx 746 In = --:-cc.:.:....,,---"-----
120VxCoscp x ~
• 11 = eficiencia do motor a plena carga
4,47A
... . , .... ...... .. ........... '::~~~~~s. ~~'.I:~~~i~~~. ~~ .......... ....... ........... B
14) Com 0 motor totalmente em inercia, ajuste 0 eletrodinam6metro para
carga maxima, Iigue a fonte e leia 0 torque de partida indicado no
dinam6metro. Oesligue tudo quando tenninar e registre 0 valor:
Torque de partida = 2,7 N.m
15) Responda as questocs seguintcs com relac;ao ao experimento:
a) Anali sando todos os dados do ensaio e comparando com 0 ensaio
anterior, em que 0 capacitor de partida melhorou 0 motor?
b) Quantas vezes a corrente de partida e maior que a corrente a
vazio?
c) Qual a poreentagem da corrente a vazio em relac;ao it corrente
nominal?
t om ell. aci
Objctivo: Neste ensaio sao verificadas as caracteristicas do motor com
capaci tor pennanente. como questOes eletrieas. velocidade. torque, rcspostas
com earga.
Caracteristicas da maquina: motor com capacitor pcrmancntc 120 V
0,25 HP, 1715 RPM.
Procedimentos
t) lnieialrnente obtenha as caracteristicas fisicas do seu motor conforme
a seguir:
Numero de polos do enrolamento I : 4
Numero de polos do enrolamcnto 2: 4
Distancia fisiea em gralls entre os dois enrolamentos: 45°
2) Mec;a a resisU~ncia dos enrolamentos com urn ohmimetro e anote:
Renrl ~ 7,38 n
Renr2 ~ 7,38 n
3) Obtenha a irnpedancia dos enrolamentos com os seguintes procedi-
mentos:
~ " ... •..•..•..... .. . .. . . . " ... ~~~~i~~. ~~~~r:~~~ ... ......... ...... ......... ... .
a) Monte 0 circuito da Figura 7.1 3 e verifique se a fon te CA esta em
OV:
v v~
Com esta montagem Ii obtida a impeduncia
do enrolamento. Como a resislCnciafoi
medida. aplicamos af6nnula para achar a
cingulo de defasagem no enrolamento:
R
2}-----~ ______ ~ Cas<p = - <p = arcCoscp
Z Principal
Figllra 7.13
b) Ajuste a tensilo da fonte ate que lcia 2 A no amperimetro. Me~a a
tensao aplicada ao enrolamento principal e a corrente medida.
Anote as dais valores. Desligue a fonte. Com as dados calcule a
impedancia Z:
. U 1 ~ 2A Zpnn ~ - ~ 16,950
I
U~ 33,9 V
c) Rcpita os procedirnentos a e b, substituindo 0 enrolamento
principal 1 pelo enrolamento 2:
U I ~ 2A Zaux ~ - ~ 15,3050
1
U~30,61 V
4) Com as valores de impedancia calcule 0 angulo entre R e Z nos
enrolamentos principal I e 2. Esse angulo e a dcfasagem entre a
tensao de a l imenta~ao e a corrente nos enrolamentos:
R Cosq> = - <p = arcCos!p <penr 1 = 64,20 lpellf 2 := 6 1 ,20
Z
5) Se 0 motor possui quatro bobinas para cada grupo, entao possui
quatro polos. Calcule a vclocidade do campo girante com a scguinte
fonnula:
RPM~ 120xf ~ 1.800
np
sendo: op = n2 de polos
. . . . .. . . . . . ... ... . ... . ..... ~~~~~~s. ~~~~~a:j~~~.~ .. ... .... .. , ..... ... ........ .B
6) Efetue as ligayoes como demonstra a Figura 7.14 com a fonte ini-
cialmente desligada e desconectada do circuito.
}---------3~r---
o
Rotor
gaiola
,----(4
Capacitor
Figura 7.14
120V
v
o enrolamenlo que estd conectado
diretamenfe a rede foi nomeado como
principal, mas as dais enrolamenlos
permanecem ligados.
Urn dos enrolamenfos possui um
capacitor em serie.
7) Acople 0 eletrodinamometro, com ajuste inicial em 0, ao motor
monof<isico.
8) Pre-ajuste a fonte CA fora do circuito para uma tensao de 120 VCA
(tensao nominal do motor). Conecte a fonte pre-ajustada ao circuito
confonne a Figura 7.11. Ajuste 0 dinamometro para carga maxima e
ligue-o.
9) Ligue a fonte e observe a corrente de partida do motor, que deve
durar poucos segundos. Desligue a fonte e registre a corrente de
partida medida: Ip = 9 A
10) Ligue a fonte e observe a corrente do motor sem carga (eletrodina-
mometro desligado). Desligue a fonte e registre a corrente medida na
Tabela 7.5:
U (volts) Carga (N .m) I (amperes) Velocidade (RPM) Wattimetro (W)
120 0 1,23 1795 125
120 0,35 1,9 1770 210
120 0,7 2,25 1750 260
120 I 2,75 1725 325
120 1,4 3,4 1690 400
Tabela 7.5
e.-.............................. ~~~~i~.~. ~~~~r:~~ .............................. .
11) Ligue 0 eletrodinam6metro. Para todos os valores de carga constantes
na tabela, meya a corrente no motor, a velocidadc e a torque desen-
volvido. Rcgistre todos as val ores.
12) Calcule as valores da potencia desenvolvida pelo motor para as
situayoes de carga da Tabela 7.5, utilizando a seguinte equayao:
peW) ~ RPM x N.mxO,105
Registrc as valores na Tabela 7.6:
Carga (N.m) W Eixo HP Eixo Poteocia apareote total V A
0 0 0 148
0,35 64 0.084 228
0,7 126,2 0,168 270
1 177,7 0,24 330
1.4 243,7 0,324 408
Tabefa 7.6
13) Compare a potencia nominal do motor com a HP Eixo e verifique ern
que momenta a motor ultrapassou sua potencia nominal (converta W
em CV dividindo par 736 e em HP dividindo par 746). 0 valor de
carga que exigiu uma potencia imediatamente menor au igual a
potencia do motor e a "plena cargal!.
14) Calcule a fator de potencia do motor sem carga e a plena carga:
COS,!, a vazio~ peW) 125 ~ 0,84
S(VA) 148
peW) Cos<p a plena carga
S(VA)
325 ~0985
330 '
t 5) Ca1cule a eficiencia do motor considerando a potencia desenvolvida a
plena carga.
Efic% Psaida x 100 = 177,7 x 100 = 54,6%
Pent 325
16) Calcule as perdas no motor: 325 - 177,7 ~ 147,3 W
17) Calcule a potencia reativa desenvolvida no motor .
....... . ....... . .. . . ... . .... ~~~~~~s. ~~~~~~~j~~~.~~ ........•.... • . .. .. • ..•..... B
18) Calcule a corrente nominal do motor com a seguinte fonnu la:
HP x 746 In = --cc-=--cc'--"~
120V x Cosq> x 11
2,77A
Sendo: 11 = eficiencia do motor a plena carga
19) Corn 0 motor totalmente na inercia. ajuste 0 eletrodinamometto para
carga maxima, ligue a fonte e leia 0 torque de partida indicado no
dinamometto. Desligue tudo quando terminar e registte 0 valor:
Torque de partida = 0,5 N.m
20) Rcsponda as questees seguintes com rela~ao ao experimento:
a) Quantas vezes a corrente de partida e maior que a corrente a
plena carga?
b) Qual a porcentagem da corrente a
vazio em rela~ao a corrente
nominal?
c) Crie uma tabela com lodos os motores e seus valores de torque
de partida, fator de potencia e eficiencia a plena carga.
d) Com base nos dados da tabela do item c escreva urn texto tecnico
comparando os tres motores lllonofasicos ensaiados.
~ __________ 7~7~E~x~eruc~ic~i~os~~I~x~a~~a~o __________ ~
1) Descreva 0 funcionamento do motor de fase dividida e cite
aplica~oes.
2) Explique 0 funcionamento do motor de fase auxiliar com capacitor de
partida e cite aplica~oes.
3) Descreva 0 funcionamento do motor com capacitor pennanente e de
exemplo de aplica~oes.
4) Qual dos tres motores desenvolveu 0 maior torque e por que?
5) Qual dos motores possui 0 melhor fator de potencia e por que?
0.t ....... .... ....... ... ........ . ~~~'~i~.~. ~~~~r.i~~~ ...... . .... . ..•. . ..... • ...... . .
Outros Motores Ligados it Rede Monofasica
_______ ~8i!> • .h1. Introduft"'iI,.,o ___ _
Este capitulo trata dos motores que podern ser ligados a rede monofasica,
mas nao foram mencionados ate 0 momento. Sao cles 0 motor universal, 0
motor de repulsao e 0 motor de campo distorcido. Os dais primeiros possuem
caracterfsticas trazidas dos motores ce, mas como veremos, tern finaJidade e
comportamento diferentes. 0 ultimo tern caracteristicas completamentc diver-
sas.
Dos tres motores e di fici l encontrar 0 motor de repulsao code campo
distorcido em aplicacoes atuais, mas 0 universal e muito utilizado em eletrodo-
mesticos e ferramentas eietricas portateis. 0 motor de campo distorcido pode ser
encontrado como bornba-d'agua em algumas lavadoras de roupa.
o motor universal c uma adaptacao do motor CC serie para que trabalhe
tanto em CC como em CA. Se urn motor serie CC e conectado a urna rede CA,
pode ate partir, mas com extrema limitay30, ja que em CA a rcatancia indutiva
presente nos enrolamentos apareceria e limitaria a corrente neles.
Como estudamos, a corrente que circula nos enrolamentos e extremamente
importante para 0 desenvolvirnento dos fenomenos elelromagneticos internos,
que neste caso estariam comprometidos. As pcrdas por histerese c correntes
parasitas se tomariam relevantes devido ao fluxo magnetico altemado no ferro
magnetico s6lido do estator, e a transfonna93o de tensao entre a armadura e as
enrolamentos de campo produziria efeitos indesejados sabre as escovas e a
comutay8o.
Urn novo projeto, com caracteristicas parecidas, mas adaptado para
trabalhar com CA sem que seus efeitos afetem negativamente 0 motor, foi
concebido. 0 motor universal, presente numa infinidade de eletrodornesticos,
como batedeiras, liquidificadores, furadeiras etc., pode operar em CA, mas
tamb6m em ec. A alta velocidade e a potencia com rela((30 as dimensoes
reduzidas sao as motivayoes de suas aplica((oes.
8,3, Motor uoi ersal: '0 i io de fuociooameoto
o motor universal apresenta caracteristicas conslrutivas semelhantes as do
motor Cc. Ele possui annadura, coietor, escovas e urn enrolamento de campo
fixo ao estator. A Figura 8.1 traz a representayao el6trica de urn motor
universal.
Arrnadu~
Figura 8.1
Campo
Uma filradeira, 11m Iiqllidificador au lima
batedeira tem estes componenles e estiio
presenles no dia a dia: dllas bobina~ de
campo, uma armadllra, escovas e comlltador.
ldentifique esses componentes em urn motor
universal.
Um cl1ro/amenla de campo e
chamado principal ou seric e 0 olllro,
enrolamellfo de compensa<;iio.
A diferenya fundamental, mas nao {mica, e que 0 material que constitui
o ferrornagnctico nao e maci((o, evitando que a variayao de fluxo produza
perdas muito grandes com correntes parasitas. Como se trata de urn motor com
caracteristicas construtivas semelhantes as do motor ce, pode-se presumir que
teremos realYoes semelhantes, mas com tratamento diferenciado devido a
corrente altemada.
Para que 0 motor universal, que e uma modificay3.o do motor serie ce,
trabalhasse adequadamente, procurou-se reduzir a reatancia indutiva que
aparcce com a corrente altemada utilizando urn enrolamento de compensay3.o
no estator. Esse enrolamento serve tarnb6m para irnpedir uma possivel rea((3.o
da annadura, da mesma forma que 0 interpolo no motor ec. Conectado em
serie com a armadura, mas de forma que seu fluxo se oponha ao da armadura,
reduz a corrente na annadura, reduzindo indiretamente a reatancia indutiva.
Neste caso temos uma compensay3.o condutiva.
0i ................. , ... ........ . ~~~~i~.~S. ~~~~r:~a:. ............. .......... ....... .
o enrolamento de compensayao tam bern pode ser instalado simplesmente
como 0 secundario de urn transformador ern curto-circuito, desta forma a
armadura age como primario e 0 campo induzido no secundario fica ern
oposiyao ao campo da armadura. Essa compensayao se chama indutiva e e
necessario um cuidado especial com 0 emolamento de compensay3.o em
relayao as suas caracteristicas elctricas.
De urn modo geral, 0 processo que faz 0 motor universal imprimir rotayao
e 0 mesmo que 0 motor CC, com a diferenya de que os polos no estator se
altemam, acompanhando 0 ciclo da tensao da rede. Temos entao a inversao da
corrente na arrnadura provocada peJa corrente alternada, mas 0 polo no estator
tambem inverte, portanto a reayao da armadura continua a mesma e 0 motor se
mantem girando.
8.4. Motor de re ulsao: aplica~iies
o motor de repulsao e ideal para aplicayoes em que se tern uma carga alta
de inercia e 0 motor precisa imprimir torque, absorvendo certa corrente da rede
durante 0 periodo de partida da maquina. 0 torque de partida alto e 0 grande
atrativo desse motor, mas existe a desvantagem de urn equipamento corn
escovas, colctor e 0 desgaste e manutenr;ao que vern com esse conjunto.
Arm,,-dura com e5COvas
interligada5
2
Estator
Figura 8.2 - Observe a inlerliga<;iia das escovas.
Esse torque, em comparayao com urn motor de capacitor de partida, e urn
pouco maior, mas a corrente que ele absorve da rede na partida, mesmo com
torque maior, c bern menor. Colocando no papel as custos operacionais de urn
motor de repulsao com relayao a urn motor de capacitor de partida, este ultimo
vence, e em muitas aplicayoes tomou 0 lugar do motor de repulsao. Em
aplicar;oes que precisam do torque elevado de partida com reduzida corrente, 0
motor de repulsao e a opyao mais indicada par apresentar a melbor relar;ao
QuIros Motores Ligados a Rede Monofasica Q
.. ............ ~
torque/corrente dos motores monofasicos. Trituradores e moedores antigos em
fazendas ainda utilizam esses motores, mas e dificil encontra-los.
8.S. Mo or deU!CR.!!I~s~i\o~·J.l!.J!£!QIDnru\a!!~ __
o motor de repulsao possui armadura como 0 motor ce, urn comutador e
escovas que, por a~ao centrifuga, curto-circuitam todas a barras do comutador
quando 0 motor atinge velocidade proxima a nominal. 0 estator de urn motor
de repulsao e semelhante ao estator do motor de fase dividida, com exce~ao da
ausencia do enrolamento auxiliar, que no motor de repu lsao e desnecessario. 0
torque dc partida e obtido pelo principio da repulsao.
o sistema de escovas do motor de repulsi10 e parte fundamental no seu
funcionamento. Ha pares de escovas interligadas, divididas em espa~os de 90",
que podcm ser des locadas para inversao de rota~ao e ajuste de torque maximo.
Ao alimentar as bobinas do estator, 0 campo produzido encontra, em uma
determinada regiao, urn lado da armadura com as escovas interligadas e induz
corrente nesse segmento da anlladura.
Essa corrente induzida faz surgir urn campo muito forte nos cnrolamentos
nao curto-circuitados na annadura nesse momento. Ele reage com 0 campo
produzido no estator, produzindo torque. Em outras palavras, 0 campo gerado
no estator atinge a armadura, mas cia "enxerga" esse campo de duas maneiras
devido ao curto-circuito em urn segmento. Tem-se virtualrncnte
uma divisao do
campo no estator. Parte do enrolamento e considerada de indu~ao, pois induz
corrente na parte curto-circuitada da annadura, e a oulra parte e chamada
apenas de enrolamento de campo, porque sofre a reayao do campo que aparece
na armadura.
Entao, 0 enrolamento de induyao induz corrente na parte curto-circuitada
da armadura, que reage com 0 campo magnetico produzido no enrolamento de
campo, produzindo torque. Essa repulsao da arrnadura da ao motor seu nome.
Quando 0 motor atinge uma detenninada velocidadc, cerca de 80% da
nominal, 0 comutador e todo curto-circuitado por ay30 centrifuga e a armadura
adquire caracterfsticas de urn rotor gaiola de esquilo. Nesse momento a
maquina passa a trabalhar com caracteristicas semelhantes a urn motor de fase
dividida.
8.- .............................. ~~~~i~.o.:. ~~~~r~~~ ............•..•.... . ..•.. • . . ..
8.6. Motor de cam 0 distorcido
o motor de campo distorcido possui como principal caracteristica aneis de
cobre que curto-circuitam parte do estator, Figuras 8.3 e 8.4, senda por i550
conhecido tambem como motor de polo subdividido. A finalidade do anel em
curto c promover a concentra9~o de linhas de fon;a em uma extremidadc.
No semiciclo positivo da tensao da rede, analisando em duas etapas, 0
fluxa magnetico no estator do motor de campo distorcido, de 0 a 90° em cresci-
mento, corta as aneis de cohre, criando neles urn campo magnetico contnirio ao
fluxa que 0 gerou. 0 rcsultado e a reduyao da dcnsidade nas extremidades com
aneis (menos linhas de fluxo) e a concentray3o de linhas na Dutra extremidade,
Figura 8.3. De 90° a 180Q , deduz-se 0 efeito contnirio; quando 0 fluxa rcduz
sua intcnsidade acompanhando a tcn5110 da rcde, 0 campo magnetico criado nos
am!is soma-se as linhas do estator, tendo densidadc resultante maior que na
outra extremidade. Nota-se urn deslocamento polar na superficie das sapatas
que e acompanhado pelo rotor gaiola pelo efeilo da indur;:ao.
Campo criado no anel
: '
, :
: ' ~;p<'\
, , '
: : ' , , '
, , '
-- - - -,. - ,-------_. :
'- ---------_.
Campo crlado no <mel Densidades
diferentes
Figllra8.j
____ Nudeo
Bobina
Figllra 8.4
Esses motores sao uti lizados em pequenos aparelhos, como agitadores
para quimica, ventiladores de pequeno porte e anti gas vitrolas para discos de
vini!. A aplicar;:ao desse ti po de motor esta limitada a sua baixa potencia (cerca
de, no max imo, 300 W) e a velocidade limitada pelo mimero de palos c a
frequencia (900 a 3.600 RPM). 1a sua simplicidade deve ser considcrada fator
importante na produr;:ao de equipamentos sem exigencia de torque.
Outros Motores Ligados a Rede Mono/asico Q
.... , ... ... ... .... ~
8.7. Ensaio: motor universal
Objetivo: Estudar as propriedades e caracteristicas do motor universal na
pratica. Observar na pnitica como realizar conexoes de circuitos com motores e
conexoes medinicas com equipamentos auxiliares.
Nota
Os ensaios descritos em seguida foram realizados com urn delerminado motor ce.
[ssa nao Quer dizer que v~ precise realizar seu ensaio com uma maquina idenlica
nem que tenha de abler as mesmos valores anotados neste ensaio. 0 objetivo
principal e a constatayao. VrJeS leu e releu a teoria, agora vai comprovar alguns
aspectos, seguindo urn Quia de procedimentos elaborado de forma que possa
comparar seus resultados com as esperados e com as anotados no livro. Registre
seus resultados.
Equipamentos utilizados: motor universal 0,25 HP 1800 RPM 120 V
3 A, fonte CA ajustavel 0 a 120 Y 8 A. fonte CC ajustavel de 0 a 120 Y,
e1ctrodinamometro com capacidade de aplicar cargas ate 3 N.m, tacomctro,
voltfmetro e amperimetro para as tensoes e correntes esperadas.
Atencao
Estamos trabalhando com nlveis de lensao que podem trazer risco a vida humana e
com partes mecanicas girantes que podem causar danos fisicos, portanto realize os
ensaios apenas sob orienlacao e supervisao de urn profissional habilitado e 5iga a
risca lodas as orientalf6es de seguran((CI. Anles de ligar 0 equipamento para verificar
o funcionamenlo e lomar nota dos dados, pe<,:a ao profissional citado que inspecione
o circuilo. Ligay6es e altera¢es devem ser feilas com lodos os equipamenlos
complelamente desligados.
Importante
Para medir a polencia ativa lolal e, consequenlemenle, as perdas no molor, vamos
utilizar urn wattimetro. Esta e a maneira mais simples de abler esses dados. A oulra
maneira, atraves de calculos, foge ao escopo desle livre.
Procedimentos
I) Lnicialmente obtenha as caracteristicas fisicas do seu motor confoll11e
a seguir:
•
•
Numero de bobinas do enrolamento principal (serie): 4
Numero de bobinas de compensaryao: 4
0i ................. ............. ~a?~i~.~. ~~~~r!~~ .......... ........ ..... ....... .
2) Meya a resistencia dos enrolamentos com urn ohmimetro e anote:
Rprincipal(serie) ~ 1,7 n
Rcompensayao = 3 n
Rannadura = 4,7 n
3) Ajuste a linha neutra como 0 item 5.9.1 do capitulo 5. Esse ajuste e
imprescindfvel para evitar faiscamento excessivo e desgaste prema-
turo das escovas e do comutador. Desta vez vamos utilizar 0 enrola-
menta de compensayao e a annadura.
4) Execute a montagem reprcsentada na Figura 8.5 com a fonte CA
inicialmente em 0 V e desligada.
5) Ajuste a fonte CA para uma tensao de 60 V aplicada a armadura. Ajuste
as escovas, atraves do mecanismo de ajuste, para que a ten sao indicada
no voltimetro seja a menor passive!. Agora a Iinha neutra esta ajustada.
6) E necessario ligar a enroiamento de compensayao ern serie com a
annadura de modo que as dais campos se anuiem, reduzindo indireta-
mente a reatancia. Monte 0 circuito como na Figura 8.6 (enrolamento de
compensayao em sene com a annadura) com a fonte CA em 0 V e
desligada:
1 A C 5 Armadur8 Campo Ajusle
3 5
VCA V
VCA
2 B D 6
Armadur8 Compensa¢o
Figura 8.5 Figura 8.6
7) Ligue a fonte CA e ajuste a tensao para 24 VeA. Meya a corrente no
amperimetro e registre.
Im(2;5) ~ 2,6 A
8) DesJigue a fonte , inverta a ligay30 do cnrolamento de compensayao.
Repita 0 item 7, meya novamente a corrente e registrc. Dcsliguc a
fonte ao terminar.
Im(2;6) ~ 0, 15 A
Reflexao: Como estudamos, se OS campos se anulam para 0 motor CC, e
este e 0 objetivo, temos menor indutancia e uma corrente maior circulando,
portanto a liga~ao c~rreta da compensa~ao condutiva e a que resultou em maior
corrente. Marque-a porque vai uti liza-Ia adiante. No exemplo, 2 conectado ao 5
(2;5).
9) Monte 0 circuito reprcsentado na Figura 8.7. Mantcnha a fonte
desligada durante a montagem, pois 0 objetivo principal e testar as
caracteristicas do motor ligado it rede CA
VCA
Figura 8.7
10) Acople 0 clctrodinamometro ao motor e ajuste-o para carga maxima.
11) Pre-ajuste a tensao da fonte CA, fora do circuito, para a tensao nominal
do motor, neste caso 120 V. Desligue-a e conecte novamente ao
circuito.
12) Inicie 0 ensaio ligando todos os equipamentos, fonte CA e eletrodina-
mometto. Ajuste a carga confonne a Tabela 8.1 e rcgistre os va lores
medidos de corrente, potencia ativa no wattimetro e velocidade,
necessarios para 0 preenchimento total da Tabela 8. 1. Desligue todos
os equipamentos ao terminaL
C arga (N·m) P (watts) I(A) RPM Apareote (VA) Poteocia (HP)
0 210 1,9 4100 228 0
0,35 240 2,3 2550 276 0,1 2
0,7 285 2,9 1850 348 0,18
1 320 3,3 1400 396 0,2
Tabe/a8.1
~ . . . .. . . . .. . . . . .. . . . .. . . . ... . . . ~~~l~i~~. ~~~~r:~~~ .............. .. ..... ......... .
Nota
Para calcular a palencia em HP, calcule primeiro a palencia em watts com a f6nnula
watts no eixa = RPMx N ·mxO,105 e divida par 746 W, pais 1 HP = 746 W.
13) Substitua a fonte CA por uma fonte CC e todos os instrumcntos de
mediy30 por instrumentos de mediy30 CC.
14) Repita os itens 11 e 12 para essa atual condiy30 do circuito com a
nova fonte e os instrumentos para Cc. Preencha a Tabela 8.2.
Desligue todos os equipamcntos ao terminar:
Carga (N.m) P (watts) I (A) RPM W (efetivo) Potcncia (1::1 P)
0 240 1,7 4500 204 0
0,35 290 2,0 3300 240 0,16
0,7 350 2,5 2600 300 0,25
1 400 2,9 2200 348 0,32
Tabela 8.1
15) Com os resu ltados obtidos no cnsaio, calcule os dados necessarios ao
preenchimento da Tabela 8.3. Alguns dados da tabela podem ser
extraidos diretamenle do ensaio:
DadosJAlimenta-;iio
Poh~ncia ativa
Polencia aparenle
Fator de poh~ncia
Polencia realiva
Watts no cixo
Eficiencia
Velocidade
Perdas no molor
Formulario
CA a vazio CA a plena carga CC a vazio
Tabe/lI8.3
Fator de potencia = peW)
S(VA)
CC a plena carga
Watts no eixo = RPM xN · rn x O,105
Efi "'· Psaida 100 lClencla TJ x
Pent
Perdas no motor = P entrada(W) - P no eixo(W)
J6) Para detenninar quando 0 motor universal desempenba 0 maior
torque, vamos aplicar tens~o reduzida com carga maxima oferecida
pelo dinamometro e medir a corrente de part ida e 0 torque.
17) Para 0 circuito da Figura 8.7, aplique 30 Vcc com eletrodinamometro
ligado e com carga maxima para a partida. MCya 0 torque de partida
desenvolvido e a corrente exigida e registre:
[m ~ 4A Torque = 1,9 N.m
18) ApJi que 30 VeA ao mesmo circuito do item 17 e repita 0 procedi~
mento. Registre a corrente e 0 torque do motor universal em corrente
alternada:
[m ~ I ,6A Torque = 0,2 N.m
19) Quais as difereoyas apresentadas pelo motor universal quanta it
ligar;:ao em CC ou em CA?
8.8. o
Objetivo: Estudar as propriedades e caracteristicas do mOlor de repulsao
de partida na prarica. Observar como realizar conexoes de ci rcuitos com
motQres e conexoes medinicas com equipamentos auxiliares.
Nota
Os ensaios descrilos em seguida foram realizados com um detenninado motor GG.
Nao quer dizer que voce precise realizar 0 ensaio com uma maquina idimlica nem
que tenha de obter os mesmos valores anotados neste ensaio. 0 objetivo principal e
a constatacao. Voce leu e releu a leoria, agora val comprovar alguns aspectos,
seguindo urn guia de procedimenlos elaborado de fonna que possa comparar seus
resultados com os esperados e com os anotados no livro. Registre seus resultados.
Equipamentos utilizados: mOlor de repuls~o 0,25 HP 1800 RPM 120 V
5,5 A, fonte CA ajustavel 0 a 120 V 8 A, eletrodinamometro com capacidade
de apliear cargas ate 3 N.m, tacometro, voltirnetro e amperimetro para as
tensoes e corrcntes esperadas.
~ .......... . .... " ............. ~~~~i~~. ~~~/~!~~ .... ...... ... ... ........... ... .
Atem;:ao
Eslamos trabalhando com nfveis de tensao que podem trazer risco a vida humana e
com partes mecanicas girantes que podem causar danos ffsicos, portanto realize os
ensaios apenas sob orientacao e supervisao de urn profissional habililado e siga a
risca todas as orienla<;:oes de seguranQa. Antes de ligar a equipamento para veri ficar
o funcionamento e tamar nola dos dados, peQa ao prefissional citado que inspecione
o circuito. Liga<;:oes e alteraQ6es devem ser feitas com todos os equipamentos
complelamente desligados.
Importante
Para medir a polencia ativa total e, consequentemente, as perdas no motor, vamos
utilizar urn wattimetro. Esta €I a maneira mais simples de obler esses dados. A outra
maneira, alraves de calculos, foge ao escopo desle livre.
Procedimentos
1) Inicialmente obtenha as caracterlsticas fisicas do motor confonne a
seguir:
• Numero de bobinas do enrolamento do estator: 4
• Numero de escovas ligadas ao comutador: 4
2) Me~a a resistcncia dos enrolamentos com urn ohmfmetro e anote:
Restator ~ 3,7 n
Nota
No motor de repulsao se lorna dificil medir a resislencia da armadura sem desmonlar
a motor, ja que esla curto-circuitada pelas escovas. Esta e uma forma de reconhecer
o molor de repulsao, observando as escovas interligadas.
3) 0 ajuste do posicionamento das escovas no motor de repulsao sera
executado com 0 motor em funcionamento. Monte 0 circuito da
Figura 8.8. A fonte VeA deve estar inicialmente ajustada para 0 V e
desligada.
QuIros Molores Ligados a Rede Monofasico
. ...... ....... . §
A}-T-- -----,
v
Ann1\dUr.:'I com escovas
inle rligadi'lS
2}---'-- ---'
Esl1l1or
Figllra8.8
4) Acople a cletrodinamometro desligado e com carga maxima ajustada
ao motor.
Atenyao
Os ilens 5, 6 e 7 devem ser executados 0 mais rapidamenle possive! enquanto 0
profissional monitora 0 aquecimento da maquina. Se 0 tempo exceder 25 segundos,
desligue tudo, espere dois minutos para que 0 motor esfrie e reinide. Procure
aprimorar a iecnica para executar os testes com mais rapidez na segunda ou terceira
lentativa.
5) Ligue a alimenta~ao do elctrodinamometro, ligue a fonte VeA e
ajuste a tensilo para 120 yeA.
6) Com extrema cuidado altere 0 posicionamento das escovas. Note que
o motor muda de rotayAo e ha varia~ao de torque indicada pelo
dinam6metro.
7) Ajuste as cscovas de modo a obter, aproximadamente, 0 maximo
torque no sentido honl.rio de rota~ao. Tome nota da corrente e do
torque obtidos. Desligue ludo ao terminar, registre os dados obtidos e
aguarde dois minutos para que 0 motor esfrie.
Torque: 3,2 N'm
I: 7 A
Nota
Sem carga e possivel ajustar 0 posicionamento das escovas pelo monitoramento da
velocidade. Quando lida a maior velocidade no tac6metro, e a melhor posicao sem
carga para as escovas. 0 ideal e a realizayao desse posicionamento com carga,
mas como demonstrayao esle metodo e valido.
@L ... ..... ....... ............... ~~~~i~.~. ~~~t~i~~ ....... . .....• . .•..• . . .. .. .. ...
8) Ainda com 0 eletrodinamometro com torque maximo ajustado, ligue a
alimentay~o do eletrodinamometro, ligue a fonte YCA com tensao
120 yeA. Gradualmente reduza a carga aplicada pelo dinamometro e
observe a rcsposta em velocidade. Quanto maior a carga, maior ou
menor a velocidade?
9) Retorne a fonte CA a 0 V e desligue todos os equipamentos.
10) Instale 0 wattimetro no circuito confonne a Figura 8.9.
Armadura com escovas
interligadas
A 1----r---rWW}--.
v VCA
21-------<--+--'
£Stator
Fig/Ira 8.9
11) Ligue 0 eletrodinam6metro e a fonte CA. Ajuste a tensao para 120 Y.
Ajustc a carga aplicada para I N·m.
12) Me~a os va lores de corrente, potencia ativa c ve locidade para carga
de 1 N·m e rcgistre na Tabela 8.4. Repita esse procedimcnto para
todos os valores de carga constantes na Tabela 8.4. Ao tenninar,
desligue todos os equipamentos. Complete a tabela calculando a
potencia em HP e a potencia aparente.
Ca rga (N.m) P (watts) I (Al RPM Aparente (VA) POlencia (HP)
0 260 5 1745 600 0
0,35 310 5,2 1710 624 0,08
0,7 390 5,5 1665 660 0, 16
I 500 6 1580 720 0,21
1,4 640 7 1485 840 0,29
Tabcla 8.4
13) Para as situarr6es de carga da Tabela 8.5, calcule os dados necessarios
para 0 preenchimento completo da tabela. Considere a plena carga a
situac;ao de carga em que 0 motor absorveu da rede corrente mais
proxima da nominal.
DadosfAlimeDta~iio CA a vazio CA a plena carga
Potencia ativa
POlencia aparente
Falor de pOI\!ncia .
Potcncia reativa
Watts no eixo
Eficicncia
Vclocidade
Pcrdas no molor
Tabela 8.5
14) Responda as quest5es seguintes com rela~ao ao ensaio:
a) Compare 0 valor da corrente de partida do motor de repulsao
com relayao aos outros motores (inclusive do capitulo 7) para
dcscnvolver 0 torque de partida. Qual dos motores desenvolveu a
melhor relar;:ao torque/corrente?
b) Como pode ser invertida a rotar;:ao do motor de repulsao?
8.9. Exercicios de rn a iio
1) Quais as partes fundamentais de urn motor universal? Descreva a
funyiio delas.
2) Qual a fun~ao do enrolamento
de compensa~ao no motor universal?
3) 0 motor universal apresenta maior rendimemo ligado em CC ou CA?
Por que?
4) Quais as vantagens e desvantagens do motor de repulsao com reiar;:ao
ao motor com capacitor de partida?
5) Como e possivel reconhecer urn motor de repulsao?
Q Mdqllinas Eielricas
'!2 ..................................................... . ...... ............ ..... .
Geradores CA
9.1. Introdn 30
o principal objetivo deste capitulo e introduzir conceitos basicos de
corrente alternada, monofasica e trifasica, peJa compreensao da gera~ao desse
tipo de energia. Os geradores de corrente alternada sao as responsaveis pela
gerayao da energia eletrica que movimenta 0 Pais, que chega as nossas casas,
que nos serve diariarnente. E dificil imaginar urn pais no mundo, cuja
industrializayao esta presente, viver sem a energia eh~trica fornecida por essas
maquinas.
1-_____ .i!9~.2 .. As ectos construtivos
Urn gerador CA possui urn rotor bohinado, como a annadura do gerador
CC, mas sem 0 comutador que, como lido anteriormente, e 0 retiticador meca-
niea do gerador Cc. Sem 0 retificador a corrente passa a circular num sentido
durante 1800 e em outro sentido nos outros 1800 de uma rotar.;:ao do eixo.
Num gerador aplica-se urn dos fundamentos do eletromagnetismo em que
temos uma bobina movimentada dentro de urn campo magnetico ou 0
contirio, em que 0 elemento excitador, que produz 0 campo magnetico, gira e
colhemos a tensao induzida nas bobinas da parte fixa no estalor da maquina.
Portanto, 0 rotor bobinado pode girar dentro de urn campo rnagnctico que
normalmente e produzido pela excitar.;:ao de bobinas rnontadas no estator da
maquina ou 0 mais comum, em que se aplica tensao de excitar.;:ao ao rotor e
este, ao girar, faz com que 0 campo magnetico criado nele corte as bobinas do
estator, possibilitando 0 surgimento de tensao induzida nessas bobinas .
... ... ... . . .. . ...... .. . .. .. . .. .. . ~~r~.~~~~. ~~ .. . ... . .... . .............. . .... . ~
Para conectar a parte girante do gerador ao meio externo, utilizam-sc aneis
fixos ao eixo do rotor que, atraves de escovas, tern contato com terminais
extemos. 0 detalhc desses aneis e que sao completamente difcrcntes de lim
comutador. 0 contato de cada anel com sua respectiva escova e continuo e 0
numero de an6is equivale ao numero de fases geradas OU, no caso de excita~ao
no rotor (mais utilizado), ex istem dois aneis para conexao do positivo e do
negativo da fonte de excitayao. Veja 0 detalhe dos an6is na Figura 9.1.
Figura Y.I
Extikl¢o ilplicadd ao
rotor atraves do conjumo de
ancis e escOVilS.
9.3. Funcionamento
o funcionamento eletromagnetico do gerador CA diferc POliCO do gerador
Cc. A diferenya esta na corrente e1etrica gerada e seu sentido devido a
ausencia do comutador. Vamos a urn exemplo ilustrativo em que temos a
tensao gerada na parte fixa do gcrador (bob ina do estator). Ha urn eletroima,
excitado par fonte CC, girando sob a~ao de uma for~a extema, que pode ser urn
motor diesel, e cujas linhas de campo atingem a bobina fixa no estator. Quanto
maior a dcnsidade magnetica, maior a tensao induzida, portanto 0 pico da
ten sao gerada ocorre nos polos do ima. Como os polos rnagneticos tern os
sentidos das linhas de campo difcrentes, a corrente induzida tera sentidos
diferentes para os dois polos e, consequentemente, a tensao medida tern
polaridade diferente.
Numa rota~ao completa, 360°, tcm-se a tensao indicada no galvanometro
saindo do 0, dirigindo-se ao pico positivo com a aproxirna~ao do polo norte e
em seguida, com a passagem do polo norte, 0 retorno do ponteiro ao O.
Continuando a rotayao, com a aproxima~ao do polo suI 0 ponteiro se move em
dircyiio ao maximo negativo, atingindo 0 pico com 0 polo sui do eletroima a
frente da bobina, Figura 9.3. Esse cicio se repete, por exemplo, na rede eletrica,
60 vezes por segundo, 60 Hz, para uma rota~ao da bobina de 3600 RPM.
~ .......•..•.... • .. • ..•.. . .... . ~~~~i~I.~S. ~~~~r.i~~.~ ....... . .. . .... . . ... ...... .
311,12V',---,.~,----------
22fN
155.6V'f-f-----',-------
01+---------\--------,
-155.6V'f-- -----\----+_
-311.12V' +---~--~----".,..."---~
As linhas de campo criadas no
elelroimii alingem cOflStaniemente a
bobina. Qllanlo maior a densidade
magm?/ica, lIIaior a tensao indllzida.
Nafigllra 0 polo N prodllz 11m pico
positivo e 0 S prodllz pico negativo.
o 90 180 270 360
Figura 9_2
0
7
C"lvan6metro com 0
Aneis
+
Exci~iIo
Figura 9.3
central
Num voltimetro convencional a tensao medida e a tensao eficaz represen-
tada na Figura 9.2 pela Iinha pontilhada. A tensao de pico, tanto positiva
quanto negativa. e a tensao eficaz muhiplicada par -J2.
o gerador CA tambcm e conbecido como altemador. Encontramos
altemadores em veieulos automotivos produzindo ten sao CA, que e retificada
logo em seguida, para manter a carga da bateria do autom6vel.
o gerador trifasieo aproveita melb~r os 360° de urna rota~ao, e corn
bobinas posicionadas a cada 120°, trabalha tres ciclos distintos, sendo a
resultante instantanea dos tn!s iguaJ a zero .
. . • . . • . . . . • . . . . . • . . •. . . . •. . . . . . . . ~e~~.~~~~s. ~~ . ... . ...•..•....... . ..•..•. . . ... §
Up -,-_---:>,.!:R"' __ -:?""-S "" _ _ ,,,..!T,---
90 180
Figura 9.4
270 360
Observe a posir;oo 90° e some as
IrIZS lensOe.y. Temos em R Umax.
em S -Umaxl2 e em T -Umax/l .
A resuitanle instal/taneo e ov.
Sob esta observor;oo e consfruido
o condulor chama(/() NeUfro. que
e //fila uniua de Ires pontos dm
bobinas do gerador.
No instante t, de posi~ao angular igual a 90°, pOT exemp)o, temos as
tens5es negativas de SeT somadas e subtraidas da tcnsiio em R. A resultante e
zero. Para cada bobina temos urna tensilo gerada independente e entre as
tensoes uma defasagem de 120°, Figura 9.4. Se medinnos a tensao gerada em
quaisquer das bobinas individua lrnente~ teremos urna tensao eficaz, por
exemplo, 220 Ver. Com urn osciloscopio pode-se medir a tensao de pico da
onda, que calculada seria 220 Ver x J2 . 0 problema e que, para utilizar esse
gerador, scria preciso levar os seis condutores, dois de cada bobina, ate as
cargas. Foi entao que alguem observou que em qua lquer instante a soma das
tres fases resulta 0 e que tres pontas de cada bobina poderiam ser unidas,
formando urn condutor neutro.
Observe a Figura 9.5.
.-----------,
,
,
,
,
,
,
,
,
~-----R
R
Ne"Oro
'---------~T
Figura 9.5
o condulor neulro resulta do Imiiio de Ires
porllas das Ires bobinas. Agora lemos tres
fases e 1111/ neu/ro, qllalro condu/ores em
vez de seis condutores. En/re qualquer Juse
eo nelltro tem-se 220 Vej. 0 que se chama
len.wio de Jase, entre fases tem-se
220 VeJxJ3
Esse /ipo de liga~ao chama-se estrela
(como visto em tran.ifonnadores) e
costuma-se aterrar 0 neutro.
~ ..... • ..•..•.... . .......... ... ~~~i~i~.~_ ~~~~~~~ ........ . ....... •..•.. ..... . ..•
Em uma aplica~ao pnitica e quase impossivel ter urn equilibrio perfeito
entre as fases, portanto circula certa corrente no neutro. Aterrando 0 neutro,
possibilitamos urn caminho flicil para essa corrente em direyao a terra.
As bobinas tam bern podem ser ligadas em triangulo, mas temos apenas
220 V de tensao de Iinha e a tensao de fase e igual it de linha.
Num gerador a diesel, quanta maior a corrente absorvida pela carga, maior
deve ser 0 torque para rotacionar 0 rotor do gerador e maior 0 consumo de
diesel. Sob circunstancia extrema de earga, 0 gerador sofre queda de tensao e
exigc maior potencia da maquina que fomece fOfya motriz. Nonnalmente os
geradores a diesel possucm urn sistema automatizado que manitora e control a a
corrente de excita~ao e a aceierayao da ffiaquina motriz, para manter 0 mesmo
padrao de tensao e fomeeer a potencia exigida.
Em uma hidrelctrica, quanta mais eonsumimos energia, mais agua e
utilizada para manter a rotayao nas turbinas. Por isso, em tempos de seca,
aumentam os programas educacionais que trabalham 0 usa racional da energia,
ja que no Brasil a maior parte da energia gerada provem de hidreIetricas, que
aproveitam a for~a das aguas para movimentar as turbinas e 0 rotor do gerador
preso a ela.
Uma parte fundamental de uma maquina geradora e a sua excitayao. Em
laboratorio utiliza-se uma fonte dc corrente continua para fomeeer a ten sao de
excitayao, mas na pnitica, tirar proveito maximo da energia meeaniea aplicada
it turbina torna-se essencial para a eficiencia do sistema de gerayao. Normal-
mente e preso ao eixo da turbina do gerador urn gerador CC autoexcitado que
prove a tensao de excitayao ao gerador.
9.4. Sincroniza 80
A fonte de energia que utilizamos, que libera potencia para movimentar a
industria, nao provem de uma tmica fonte. De fato sabernos que no Brasil
temos algumas hidreletricas interligadas, suprindo a energia necessaria para
detennmada regiao. E importante saber como sao interligadas duas fontes
geradoras de energia a uma rede sem ocasionar um curto-circuito e danificar
uma delas.
Para coneetar duas fantes geradoras de energia, elas devem estar sincro-
nizadas e possuir a mesma tensao gerada, isto e, devem gerar a mesma tensao
sob a mesma frequeneia e defasagem.
Gerodores CA
..B
Na Figura 9.6 pode-se observar urn exemplo de Ii ga((iio entre duas fontes a
uma linha trifasica. Para que a chave trifasica seja fechada interligando as duas
fontes G 1 e 02, e necessaria que as tres Ichnpadas sinalizadoras estejam
apagadas, indicando que as fases nos dois sistemas tern 0 mesmo nivel de
tensao, frcquencia e estiio em fase. Quando h<i diferen~a de nivel de tensao, as
larupadas ficam acesas confonne 0 diferencial de tensao. Quando nao h<i
sincronia na rede, as lampadas acendem e apagam com velocidade de acordo
com a diferen~a entre as frequencias. Quanto maior a diferen~a entre as
frequencias, mais rapido as larupadas piscam.
,-----R
,-----5
,----T
-,
,
GI )-+.L-,-Q:H-' , - ---{ 02
Figura 9.6
Najigura, GI Ii urn gerador jli ligado e
sincronizado a rede e G2 e 11111 segundo
gel'odol' a Set' ligado a rede.
Os geradores em sincronia, trabalhando juntos, devem possuir urn sistema
de controle individual que garanta 0 contrale do nivel de tensaD e da frequencia
gerada.
Para realizar a sincroniza~ao, deve-se executar as seguintes etapas:
J) Ajustar 0 nfvel de tensao.
2) Acertar a sequencia de fase.
3) Corrigir eventual defasagcmlfrequencia.
As I<impadas de sincroniza~ao teIn uma indicayao para cada etapa:
1) Se as lampadas piscam altemadamente e naD juntas, e necessario
acertar a sequencia de fase.
2) Se a luminosidade das tres Himpadas e intensa, a defasagem entre as
fases do gerador e da rede esta proxima a 1800 . Se as Jampadas
acendem com luminosidade fraca, 0 gerador e a rede estao quase em
fase.
0i .................. ............ ,,!~~~i.n.~~ ~~~~;~~~ .......•..•... ....• .•..•.. •. .•.
3) Quando as Himpadas estiverem completamente apagadas. 0 gerador e a
rede estiio em fase, e a gerador pode ser ligado ern paraielo com a rede.
Para acertar as fases, invertem-se duas das fases do gerador. Para aeertar a
defasagem, ajusta-se a veloeidade do motor que fomeee for'Ya motriz. Esse
proeedimento e realizado de modo que as tres i.iimpadas pisquem juntas e vagaro-
samente ate que apaguem eompletamente. 0 ajusle na velocidade do molor deve
ser fino, isto e, a velocidade pre-ajustada para 60 Hz em urn motor de quatro
polos e 1800 RPM. Ao ajustar a fase, e feita uma pequena altera~ao nessa
velocidade, enfim, vamos continuar teoricamentc com 1800 RPM.
Em outras palavras, se a rede opera com uma frequencia de 59,8 Hz, 0
gerador deve estar com 59,8 Hz e nao com 60 Hz. Felizrnente, depois de ligada
a rede, 0 gerador fica amarrado eletromagneticamente a eia e qualquer
a1tera~ao na for'Ya motriz mio atinge mais a frequencia e sim a potencia
disponibilizada.
Quando 0 gerador esta em sincronia com a rede, ele pode ser conectado a
ela. A corrente absorvida pelo gerador nesse instante deve ser a menor
possive!. Quanto melhor a qualidade da sincroniza'Yao, menos corrente e
absorvida pelo gerador ao ser conectado it rede e ele entra em flutua~ao.
I gerador = 0 A, se nao houver necessidade de potencia.
Aten!(ao
o gerador pode sofrer serios danos se ligado a rede fora da mesma sequencia de
fase, ou se nao estiver em fase com a rede.
9.5. DislliI..nibilizalYao de I!otencia
Urn gerador tern como fun~ao disponibilizar pOlencia para a rede. Assim
que ele e conectado a ela, apos a sincroniza~ao, se nao for exigida potencia do
sistema, a corrente de saida sera proxima a zero (flutuayao). Podemos esperar.
ao fechar a chave de liga~ao entre 0 gerador e a rede, uma corrente pequena de
pico, que depende da qualidade da sincronizaryao, em seguida a corrente fica
proxima de zero. Note que, ao conectar 0 gerador it rede, e afelado 0 gerador,
se porventura estiver com tensao ou frequencia diferente da rede.
A partir desse momento 0 gerador esta amarrado a rede devido ao fluxo
constante no estator (campo girante) resultante de tensao e frequencia fixas da
rede aplicadas ao estator. Interagindo com esse campo, tern-se fluxo cnado pela
corrente de excitaryao, possibilitando ao rotor do gerador acompanhar esse campo
girante no estator. Para manter essa intera~ao entre rotor e campo girante. e como
... . ... ... . . .. . ... . . . .... . ....... ~~r~.~~~~. ~~ ................. . .. . . . .. . ...... B
resultado tensao e frequencia, 0 gerador pode fomecer potencia reativa e ativa ao
sistema ou absorver potencia reativa e ativa do sistema.
Aurnentando a corrente de excitayao a partir da flutuayao, aumenta-se 0
fluxo no rotor e, consequentemcnte, temos corrente no estator, resultante da
potencia reativa indutiva imposta it rede. Por outro lado, se reduzirmos a corrente
de excitayao do rotor, reduzimos 0 campo nele e, para manter a intcrayao com 0
campo girantc no estator, e absorvida potencia reativa da rede.
Tratando de potencia ativa, para que 0 gcrador contribua com eia para a
rcde, e necessaria torque aplicado ao rotor. Quanto maior a polencia ativa
solicitada ao gerador, maior deve ser 0 torque aplicado pela maquina motriz ao
rotor. Se a maquina nao puder disponibilizar 0 torque necessario, 0 gcrador
passa a consumir potencia ativa da rede com forte inclina.yao a trabalhar como
motor sincrono ligado a cede.
Deve-se observar que a transfonna~ao de energia em urn sistema de
geca9ao e constante e cornplexa. Cada parte do gerador e responsave! por parte
da energia a ser fomecida. 0 torque aplicado ao rotor sustenta eventuais
demandas de potencia ativa (trabaJho). A corrente de fase medida na saida do
gerador reprcsenta a pOlencia aparenle (soma vetorial da potencia ativa e
reativa) liberada pelo gerador.
Urn cxperimento complcxo em equipamentos pode demonstrar a relacao
entre potencias e corrente no estator e de excitacao:
Exci1a¢o
w
RSTRST
ttttt~L--r-_®~-r-- 5 0 wauimelro indica a potencia
Vcr
Figura 9.7
_ -l Oliva disponibilizada para a rede
't--OO--:--r-- R pelo gerador 011 absorvida da
-_.
Nota
rede pelo gerador. A aparente
pode ser exlraida multiplicando
a corrente e a lensiio lido.
Urn wattirnetro monofasico pode ser utilizado, entre fase e neutra, rnedindo palencia
de fase e sua potencia multiplicada par 3, para sistemas trifasicos equilibrados.
a ........ ................. ..... ~~~~i~.~S. ~~~f:!~~~ .. ........ ...... ... .......... . .
Considerando 0 gerador ern flutuayao, Igera<;ao = 0 para deterrninada
corrente de excitayao,
a indicayao nos wattimetros e 0 tambem. 0 que esperar sc
aurnentannos urn pouco a corrente de excitayao do rotor do gerador? Pode-se
esperar que 0 gerador aplique potencia reativa a rede. Tem-se entao uma
patencia aparente que pode ser calculada com a equa<;ao S= U . Igerayao' J3 .
Como a potencia ativa aplicada pelo gerador nesse momento e 0, a potencia
aparente tambem e a potencia reativa liberada pelo gerador para a rede, que neste
caso e negativa (reativa capacitiva).
Se a corrente de excita<;ao for reduzida, partindo da flutua<;ao
Igerayao = 0, pode-se notar que a corrente indicada no amperimetro Igerayao
aurnenta tambem, indicando a existencia de potencia reativa, mas desta vez 0
gerador absorve potencia reativa da rede, comportando-se como urn indutor,
potencia reativa positiva (reativa indutiva).
Conclusao quanta a excita.;ao do rotor: atuando sobre a excita<;ao do
rotor partindo da flutua<;ao, 0 gerador pode fomecer potencia reativa indutiva
se subexcitado e reativa capacitiva se sobre-excitado. Essas potencias sao
observadas na forma de potencia aparente atraves de amperirnetro e voltimetro.
Para trabalhar a potencia ativa, deve-se atuar na maquina motriz. Partindo
da flutua<;ao, se aurnentarmos 0 torque aplicado pela maquina rnotriz, tcremos
indicayao no wattfrnetro da potencia ativa disponibilizada pelo gerador. Note
que foi aumentado 0 torque para produzir pOlencia ativa.
Se reduzirmos 0 torque aplicado pela rnaquina rnotriz, 0 gerador tenta
manter 0 rotor com a mesma velocidade do campo girante e absorve potencia
ativa da rede.
No experimento sugerido pela Figura 9.7, temos urn wattimetro para medir
exclusivamente a potencia ativa disponibilizada ou absorvida da rede. Na
ausencia do wattfmetro, como comentado anterionnente, pode-se ficar de olho
na corrente indicada no amperimetro a partir da flutuayao e perceber as suas
variayoes provocadas pela atua<;ao no torque ou na excitac;:ao.
9 6 Ensaio: gerador rif'sico CA
Objetivos: Estudar as propriedades e caracteristicas do gerador trifasico
CA na pratica. Observar como realizar conexoes de circuitos com geradores e
conexoes mecanicas com equipamentos auxiliares. Obter a curva de saturayao
sem carga do gerador. Estudar as caracteristicas de regulayao do gerador CA.
Observar 0 efeito de cargas na~ balanceadas aplicadas ao gerador.
Geradores CA
.. B
Nota
Os ensaios descritos a seguir foram realizados com urn delenninado gerador
lrifasico. Isso nao quer dizer que voce precise realizar 0 ensaio com uma maquina
idenlica nem que tenha de obler os mesmos valores anotados neste ensaio. 0
objetivo principal e a conslalacao. Voce leu e releu a leoria, agora vai comprovar
alguns aspectos, seguindo urn guia de procedimenlos elaborado de forma que possa
comparar seus resultados com os esperados e com os anolados no livro. Regislre
seus resultados.
Equipamentos utilizados: motor sincrono 0,25 HP 1800 RPM 127/220 V
120 W, [onle CA ajustavel 0 a 120 V 8 A, motor trifasico assincrono 0,25 CV
qualTO polos, motor Cc, banco de resistencias, indutancias e capacitancias,
tac6metro, voltimetro e amperimetro para as tens5es e correntes esperadas.
Aten~ao
Estamos trabalhando com nlveis de lensao que podem trazer risco a vida humana e
com partes mecanicas girantes que podem causar danos fisicos, portanto realize os
ensaios apenas sob orienlacao e supervisao de urn profissional habililado e siga a
risca lodas as orientayaes de seguranca. Antes de ligar 0 equipamento para verificar
o funcionamento e tomar nota dos dados, peca ao profissional citado que inspecione
o circuito. Ugayaes e alterayaes devem ser feilas com lodos os equipamentos
completamenle desligados.
Proccdimcntos
J) Com as fontes desligadas monte 0 circuito conforme a Figura 9.8 e
acople mecanicamente 0 motor trifasico ao gerador:
Com1lndo
do molor
Motor
lriltisico
M
3 - /
Aoopk>mento
mecAnioo (correru.)
FonteCC
;,jusmvel
pam. ""citi>¢<>
dogerildor
RT
V
RS RT
A
Vcr
Fig1lra 9.8
Gel"i'ldor
fech;,doem
-"
o motor trifasico nao e u
opr;ao ideal para ro/acionur 0
gerador com corgo. pois ele
mio man/em a vetocidade
devido 00 escorregumenlo.
Como nesta primeira e1apa
res/aremos as condiroes sem
carga, ete pode ser aplicado
para fornecer forr,:a lIIorriz.
Nota
Observe a polaridade dos instnlmentos e a fonte corrente continua,
2) Ligue a alimentayao do motor trifasico e anote os valores de tensao
indicados nos multi metros para 0 V de tensao de excitayao do rotor.
3) Lentamente aumente a ten sao de excitayao do rotor, aumentando a
tensilo da fonte CC de modo a obter uma corrente de 0, I A no
amperimetro. Registre as tensoes indicadas nos voltimetros na tabela.
4) Para todos os valores de corrente constantes na tabela, meya e rcgistre
os valores de tensilo indicados nos voltimetros, ajustando a tensilo de
excitayao como no item 3. Desligue todos os equipamentos ao telTIli-
nar.
lexcita~ao (A) UI U2 U3 Valor mCdio RPM
0 5 5,5 5 5 1787
0,1 60 62 60 61 1787
0,2 118 120 118 119 1785
0,3 145 145 145 145 1785
0,4 180 180 180 180 1785
0,5 205 208 205 206 1785
0,6 220 220 220 220 1785
0,7 230 230 230 230 1785
0,8 240 240 240 240 1785
0,9 245 245 245 245 1785
Tobelo 9. 1
5) Calcule 0 valor medio entre as fases para cada linha da tabela e
registre.
6) Ligue novamente 0 motor trifasico e a fonte de exci t3l;ao. Ajuste a
fonte de exc itayao para uma tensao de saida de 200 V em urn dos
voltimetros e mantenha assim. Desligue os cquipamentos ao telTIlinar
esta etapa.
7) Religue os voltimetros de modo a ler a tensao de fase em cada bobina
do estator do altemador (fase para 0 neutro) .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . ~~r~,.~~/:e.s. ~~ ........ .. ... . ............ . ..... §
8) Ligue a motor trifasico e a fonte de excitayao novamente e anote a
valor indicado nos voltimetros:
VI ~ 116 V U2 ~ 115V U3 ~ 116V
Pergunta: Estes valores estao de acordo com a equayao Uf = ~ ?
9) Trace a curva de satura9ao do gerador com os dados da Tabela 9.1.
o 0,2 0,4 0,6
Corrente de Exciw.Siio(A)
Figura 9.9
0,8
10) De acordo com 0 seu grafico, a partir de qual valor de tensao gerada
ocorre 0 joelho da curva (observe 0 momenta em que a curva tende a
"horizontalizar" . Se for necessaria, trace duas retas sobre a curva e
marque 0 vertice)?
Aproximadamente a panir de 210 V.
11) 0 que se pode observar quanta ao aumento da corrente de excitayao
com relayao a tensao gerada a partir do inicio da saturayao (joelho da
curva)?
12) As etapas de 12 a 16 vcrificam 0 comportamento da tensao de saida
para os tres tipos de carga fundamentais, que sao resistiva, indutiva e
capacitiva. 0 motor trifasico CA sera substituido pelo motor CC
utilizado anterionnente devido ao escorregamento no motor trifasico
e a dificuldade em manter velocidade constante. Monte 0 circuito
representado na Figura 9.10 para estas etapas.
~ ... ...... .. ...... ... ... ... . Maquinas Eietricas
Fonte
CC
120V
Motor
Shunt
CC
Vtt
cc
/
Acoplamento
mecanico (corre ia)
Fonte CC
lIjust6ve1
piffil excitll¢o
do gerador
Vtt
Figura 9.10
Gerador
fechado em
estrela
No ensaio com carga a inrem;:oo e
veriflcar 0 efeilo de cada ripo de
carga sabre aIel/silo da rede.
Como carga urilizamos
componellfes resisrivos, capacitivos
e indurivos Irifdsicos fechado$ em
eSlrela com impediincia individual
minima de 300n
Os resi.\·fores devem ser de fio e
Sllporlar a dissipar;:do de potencia
previ.Ha calell/ada com a equariio:
U'
p~-
R
13) A potencia maxima continua a ser fomecida por esse gcrador e de
120 W. Considerando que temos urna tensilo nominal de linha gerada
de 220 V,
para nao sobreearregar demasiadamente 0 gerador uti-
lizamos urna carga resistiva trifasica composta de tres resistores
iguais ou maiores que 300 n ligados em estrela. Ligue 0 conjunto de
resistencias ligadas em estrela ao gerador no lugar da carga da Figura
9.10.
14) Ligue a alirnentay30 do motor CC e ajuste a tensao para a nominal, no
caso, 120 Vee. Com urn tacometro ajuste a rotayao do motor CC para
1800 RPM pelo reostato do campo shunt.
15) Ligue a fonte de excitay80 do gerador e ajuste a tensao de exc i ta~ao
para uma tensao de saida com carga de 220 V aproximadamente.
Registre os valores de corrente de carga e de exeita~ao indieados nos
amperimetros:
lcarga ~ 0,45 A I excitayao = 0,55 A
16) Desligue a carga resistiva trifasica do circuito e registre novamente 0
valor da corrente de excitayao e 0 novo valor da lensao gerada
indicada no voltimetro. Retome a tensao de excita~ao a zero e
des ligue todos os equipamentos.
Iexcitayao = 0,55 A Ul sem carga = 235 V
.•....•.. • ..•. . ..... • ..•..•...... ?e~a.~~~e.:. ~ ......•... . .. • ..•..•.•..•....... B
17) Calcule a rcgulayao do gerador para cargas resistivas:
%RegulaQao UscmCarga - UcomCarga x 100 = 6 8%
UcomCarga '
18) Acople uma carga indutiva trifasica fechada em estre la com reatmcia
indutiva minima por fase de 300 ohms como carga. Ligue a fonte de
excitayao do gerador e ajuste a tcnsao de excitaQao para uma tensao de
saida com carga de 220 V aproximadamente. Registre as val ores de
corrente de carga e dc excitayao indicados nos amperimetros:
Icarga = 0,4 A IexcitaQao = 0,7 A
19) Desligue a carga indutiva trifasica do circuito e registre novamente 0
valor da corrente de excitaQao e 0 novo valor da tensao gerada
indicada no voltimetro. Retorne a tensao de cxcitayao a zero e
desligue todos as equipamentos.
lexcitayao = 0,68 A UI sem carga = 253 V
Observa~ao
Se necessaria e passivel , pode-se ajustar a geradar para gerar tensaa mais baixa
com carga, par exempla, 190 V, nao atingindo 0 fundo de escala de alguns
instrumentas anal6gicos. Com 190 V de linha teriamas 110 V de fase sobre cada
elementa da carga.
20) CaJcule a regulaQao do gerador para cargas indutivas:
I ~ UsemCarga - UcomCarga 100 15" % Reguayao= x = 1 0
UcomCarga
21) Acople uma carga capacitiva trifasica fechada em estrela com
reatancia indutiva minima par fase de 300 ohms. Ligue a fonte de
excitaQao do gerador e ajuste a tensao de excitayao para uma tensao
de saida com carga de 220 V aproximadamente. Registre as val ores
de corrente de carga e de exeitayao indicados nos amperimetros:
Icarga = 0,4 A Icxcitayao = 0,3 A
22) Desliguc a carga capacitiva trifasica do circuito e registre novamente
a valor da corrente de excitayao e 0 novo valor da tensao gerada
indicada no voltimetro. Retome a tensao de excitayao a zero e
desliguc todos os cquipamentos.
Iexcitayao = 0,3 A Ul sem carga = 150 V
G ~ ... . . . . . . . . . . . . .... . . . . . MciquillGS Elelricas
23) Calcule a regula~~o do gerador para eargas eapacitivas:
" R I - UsemCarga - UcomCarga
1 0 egu a~ao =
UeomCarga
x 100 = -31,8%
24) Questoes relativas ao ensaio:
a) Que tipo de carga produziu a pior regula~ao positiva?
b) Como voee expliea a regulayao negat iva produzida pela carga
capaeitiva? Como oeorre 0 aumento na ten sao gerada?
c) 0 que acontece com a tensao gerada ap6s 0 joelho da curva de
satuTal,(ao com rela~ao a corrente de excitacao?
9.7. Ensaio: sincronizat;iio com a rede
Objetivo: Gerar tensaa trifasica, sineronizar a tensao produzida pelo
gerador com a tensao da rede e caneetar essa tensao gerada em paralelo com a
tensao da rede.
Nota inicial
Vamos utilizar como maquina motriz 0 motor CC shunt ensaiado no capitulo 5. Para
ajustar a velocidade, altera-se 0 campo shunt atraves de urn reostato em sene com 0
enrolamento shunt. Quanto menor 0 campo shunt, maiores a velocidade e 0 torque.
Procedimentos
1) Monte 0 cireuito rcpresentado na Fi ~ura 9. 11. Gcrador desligado e
rede trifasica desJigada inicialmcnte. E imprescindivel manter a chave
CH 1 aberta, pais ela s6 deve ser fechada se a gerador est iver
sincronizado com a rede. As Himpadas devem ser testadas antes de
serem utilizadas, evitando falsas indicacoes.
Lembre-se dos tres passas para sincronizac~o:
a) Mesma nivel de tensao;
b) Mesma sequencia de fases;
c) Corre~ao em evenrual defasagem.
Q
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~ Gemdores CA
rr=E~=~R Rede trifAsica i 220\1 60Hz A
I gerador
I-@ ---,-.,-{A
G - --- -I Fo,<" ~t," 1
v
Figura 9. J J
2) CH I deve estar aberta. Ugue 0 gerador e 0 cquiparncnto auxitiar
(motor CC e fante de excit3yao) para fornecer uma tcosao de linha
igual a tcosao trifas ica da rede a que ele sera acopJado (oeste caso,
220 V), ajuste 0 motor CC que fomece fary3 motriz para 1800 RPM,
produzindo freq ucncia de aproximadamente 60 Hz. As indica.;oes de
tcosao nos voltimetros devem seT iguais. Ajuste a tensao de excitayao
para que a tensao gerada se iguale a tensao da rede. AnDte as tcnsocs
da rcde e a tensao gerada:
Urede~ 219 V Ugerada ~ 219 V
3) 0 proximo passo e observar as tres lfunpadas de sinaliz3yao e
detenninar a necess idade de acertar a sequencia de fase:
a) Se as lampadas piscam em sequencia e nao todas j untas, isso
significa que a rede e 0 gerador nao tern a mesma sequencia de
fase e e necessario acertar. Desligue a fonte e 0 gerador, inverta
duas das tres fases do gerador e Jigue novamente para observar 0
cornportamento das tres Himpadas.
4) Ajustc cuidadosamente a velocidade do motor CC para que as tres
himpadas juntas acendam e apaguem lentamente (com 0 auxilio do
tac6metro verifique que a velocidade continua pr6xima ao 1800 RPM).
Ncste momento a freqm!ncia do gerador esta pr6xirna a frequencia da
rede.
~ ... . .. . ..... . . . .. . . ' .. . . .. . .. . ~~~~i~.~S. ~~~~r!~'~~ ...... ........... ...... ... .. _ ..
5) Verifique as tensoes nos voltimetros, que devem estar iguais.
Atenyao: Feche a chave CHI no momento em que as tres Himpadas
estiverem apagadas, observando a corrente no amperimetro conectado
ao gerador. Anote 0 valor da corrente instantanea e 0 que ocorreu:
1m = 0,35 A, este [oi 0 pico de corrente no instante da ligayao do
gerador a rede. A corrente em seguida [oi a zero.
Observa!;ao
Quanto maior a intensidade luminosa das lampadas, maior a defasagem entre 0
gerador e a rede. Quando a luminosidade e intensa, a defasagem aproxima-se de
1800 eo gerador nunea deve ser ligado a rede neste instante ou sofrera danos.
A indiear;ao de corrente lida no amperimelro instalado numa das fases do gerador
vai depender do instante da liga<i<3o dele a rede. Quanto mais apagadas as
lampadas, menor a corrente.
6) 0 gerador esta sincronizado com a rede, entao e possivel veri ficar 0
resultado da atuayao na corrente de excitacao e no torque da maquina
motriz sobre 0 gerador. Anote 0 valor da corrente de excitayao na
condiyao de flutuayao e, se possivel, a corrente do motor CC shunt
que esta fomecendo a [orya motriz.
Texcitayao = 0,55 A I motor CC ~ 0,7 A
7) Aumente a corrente de excitayao ate que 1gerador = 0,34 A,
observando 0 valor indicado pelo amperimetro ligado a uma das fases
do gerador. Anote 0 valor dessa corrente, da corrente de excitayao e
calcule a pOlencia aparente disponibilizada.
Iexcitacao = 0,7 A Igerador ~ 0,34 A s ~ 130 VA
Notas
Se for instalado urn wattimetro trifasico, a atuac;ao sobre a corrente de excita930
interfere apenas na potencia reativa, portanto 0 valor calculado da polE~ncia aparenle
e igual ao da potencia reativa.
Nao ha razao especial para 0 valor 0,34 A, podendo ser utilizada outra referencia.
8) Volte it condiyao de flutuayao, Igerador = 0, e reduza a corrente de
excitayao para valor menor que 0,55 A, ate que Igerador = 0,34 A.
9) Anote os val ores das correntes de excitayao, do gerador e calcule a
potencia aparente. Esta e a potencia aparente absorvida da rede.
Iexcitayao = O,25A Igerador = 0,34 A S = 130 VA
... . .. . . ... . ........ . ............ ~~r~~~~~. ~~ ........ . , .. . .. . . . .. _ ... . . . ..... §
10) Volte 0 gerador ao estado de flutuaC;;30, Igerador = O. Aplique mais
torque ao gerador atraves do motor CC e observe a indicaC;;30 do
amperimetro ligado ao gerador. Houve disponibilidade de potencia?
Calcule a potencia aparente disponibilizada.
Nota
Para monitorar 0 torque aplicado pelo motor CC, deve-se acompanhar a corrente
consumida no motor CC. Mais corrente, mais torque. Consulte 0 capitulo 5 se liver
duvidas quanto ao motor CC shunt.
11) Volte 0 gerador ao estado de flutuay30, Igerador = O. Aplique menos
torque com 0 motor CC e observe a corrente atraves do amperimetro
Iigado a uma das fases do gerador. 0 gerador absorveu potencia da
rede? Calcule a potencia aparente absorvida.
Nota Final
Se for acrescentado urn wattfmetro conforme a Figura 9.12, os itens de ensaio de 7 a
11 podem ser enriquecidos. Consegue-se observar que alteray6es na excitayao do
gerador nao produzem potencia ativa, mas sim reativa, e alteray6es no torque
aplicado produzem patencia ativa e aparente. Seria interessante registrar a corrente
do molor shunt utilizado como maquina motriz no ponto de flutuayao para visualizar
o aumento ou a reduyao no torque.
Rede msfflsica
22OV60Hz
Excir~
I gerador
~~-n~Ar-------,
G -----I r-on;<t motriz I
~ --!CHI L--.--<1S>-+.,--+--t---l w
v
Ugado ao neulro/fechamenlo
€S1re-la do gerador
Figllra 9. /2
Note que 0
waffimetro e.~ta
en/reafase eo
neutro do
gerador.
~ ...... . . . . ..•....... •. ........ ~~~I~i~.~S. ~~~~r.i~~~ . .............. •.. • ....... . ....
9.8. Exercicios de fIxa~iio
1) 0 que c gerador? Urn gerador pode fuocianar como urn motor?
2) Cite as partes principais de urn gerador CA.
3) 0 que e "excitatriz"?
4) Qual a finalidade das escovas no gerador?
5) Qual a difercll9a entre urn gerador CA monofasico e urn gerador CA
trifasico?
6) Como c produzida a excitaQao em urn gerador e para que serve?
7) Que tipos de maquina au equipamentos podem fomecer fon;:a motriz
para urn gerador CA?
8) A maior parte da energia consumida no Brasil provem de que tipo de
usina? 0 que produz a [arya motriz nessas usinas?
9) 0 que aconteceria se ligassemos urn gerador trifasico naD sincro-
nizado it redc?
10) A partir da flutuayao, se alterannos a excitar;30 do gerador, que tipo
de patencia e negociado com a rcdc? Cite exempl0 de con sumo e
fornecimento desse tipo de potencia por parte do gerador.
11) Como devemos proceder para que 0 gerador disponibilize pOlencia
ativa para a rede? Explique.
12) 0 ensaio 10 foi realizado com urn wattimetro trifasico instalado. Num
determinado momenta do ensaio 0 gerador estava fornecendo 90 W
de potencia ativa e 120 VA de potencia reativa. Qual 0 falor de
potencia no gerador nesse instante? Como podemos me1horar esse
fator sem alterar a potencia ativa fomecida? Explique .
. . . . . . . . . . ... . . .. . . . . . . ... . .. . . . . ~e.r~~~~~s. ~~ . ............ . . . .. . ..... . ....... §
iies
~ .... . . . . . .. . ..•... . ........... ~~~~i~.~. ~~~~r.i~~~ ... . . . .. . .... . .... . .......... . .
Motores Trifasicos de Indu~iio CA
.1 Introdu\!ii~o~ __
Neste capitulo vamos estudar as caracteristicas dos motores que movi-
men tam as industrias, as trifasicos de indu~ao, que sao divididos em duas
c3tcgori as principais, seodo as assincronos e as sincronos. Primeiramcntc
vamos nos dedicar aos motores trifasicos assincronos que sao largamente
empregados na industria por sercrn robustos, de faeii manutenyao e tercm
torque de partida que atende a maioria das necessidades.
Boa parte dos equipamentos, maquinas e sistemas oa atualidade tern como
forya motora urn motor trifasico assincrono, por isso a importancia de entender
seu funcionamento, tcr conhecimento de dados tecnicos do motor e com·
preender as limitayoes desse tipo de maquina para algumas ap licayoes.
10.2. Aspectos construtivos: motor
____ ~tr .. i~fa ... · s~i.'::co~c~om, rotor gaiola
o motor trifasico com rotor gaiola possui, basicamente, urn estator com
enrolamento trifasico e urn rotor gaiola de esquilo. 0 enrolamento trifasico c
responsavel pelo campo girante, 0 rotor gaiola sofre indu((ao do campo e tenta
acompanhar 0 campo girante. Como a ve10cidade do rotor e sempre menor que
a do campo girante, 0 motor e chamado de assincrono e a diferen((a percentual
entre a velocidade do campo e do rotor e chamada de escorregamento.
No estator sao montados gropos de bobinas para cada fase, responsaveis
pelo campo magnetico girante trifasico dentro da rnaquina. As bobinas sao
posic ionadas estrategicamente de modo que as bobinas de entrada das fases
tenham defasagem de 1200 entre elas. A montagem do enrolamento, de acordo
com a nfunero de ranhuras, numero de polos e potcncia desejada, pode ser
imbricada au meio imbricada. 0 enrolamento imbricado possibilita, com a
mesma carcaya, obler um aumento na palencia do motor.
o rotor e do tipo gaiola de esquilo montado sobre um eixo que gira dentro
do campo magnetico girante suportado por rolamentos instalados nas extremi-
dades do eixo. Instalada no eixo, na parte traseira do motor, geralmente encon-
tramos uma ventoinha, que direciona ar entre as aletas na carcaya do motor,
ajudando a resfria-Io.
Figura /0.1
Enernamente 0 motor triJasicu de
induriio e a motor de dais
enrolamentos se parecem,
pOI·tanto seria interessante
verificar as dados de plaea do
motor para identifiea-Io com
precisiio.
Extemamente 0 motor trifasico se apresenta como na Figura 10.1. Na
parte diantcira temos 0 eixo do motor para acoplamento mecanico. Na parte
traseira ha uma tampa que protege eventual contato com a ventoinha do motor.
A carca~a e construida com ferro fundido e em urn dos lados esta a caixa de
liga~oes, em que se efetua a liga~ao eletrica do motor. A base do motor e
extremamente importante, primeiramentc para a sua fixac;ao, mas tambem por
pennitir detcnninar a potencia do motor, efetuando certas medidas e
comparando com 0 catalogo do fabricante. 0 tipo de base ou fixayao do motor
detennina 0 seu tipo de carca<;:a. Existem diversos tipos de carcaya, cuja
escolha esta ligada it. aplicayao e como 0 motor sent fixado it. maquina.
10.3. Aspectos construtivos: motor
trifasico com rotor bobinado
---""
o motor trifasico com rotor bobinado foi desenhado para atender a uma
necessidade de partida suave da industria. A finalidade do rotor bobinado e
perrnitir que scjam inseridas resistencias em serie com 0 enrolamento trifisico
do rotor bobinado, controlando a ve10cidade imprimida. Tem-se, portanto, urn
enrolamento trifasico no estator e urn enrolamento com tres saidas no rotor. 0
contato entre 0 rotor e 0 meio extemo e feito par cscovas conectadas a tres
~ . ..... ,., .. , ., .•. ".,.,., ,.,. ,~~~~i~,~S.~~~~"~~~'~. ,.,.,., . .. . . . . . . . . .. , . ... .... .
aneis fixos no eixo do rotor, aos quais estao ligadas as tres terminar;:oes do
bobinado do rotor, Figura 10.2.
Figura 10.2
O!;' aneis suo ligados 00 enrolamento
do rOlor e coneClam-lio 00 meio
exlerJlO por escovas. Nole que 0
enrolamelflo do rOlor Ii ligodo de
forma a reSlarem 1I01ina/ apenas Ires
ponlaS, que sao ligada.f aos am!;s.
O rator bobinado possui uma impedancia maior que a impedaneia do rotor
gaioia de esquilo, por constituir-se de enrolamento de fio de cobre. Com isso
podemos esperar uma corrente de partida
menor para desempenhar 0 mesmo
torque que urn motor com rotor gaiola. 0 mais importante c que esse enrola-
mento, disponivel na saida peios aneis, pcrmite a inserr;:ao de resistencias em
serie, possibilitando 0 aumento da impcdancia do rotor a valores desejados.
Com isso podemos ter 0 controle da velocidade do motor na partida,
suavizando-a, sem prejudicar de mane ira extrema 0 conjugado. Como veremos,
o motor de rotor bobinado tern uma boa relatyao torque de partida por corrente
dc part ida.
E possivel, como podemos imaginar, extrair ten sao do rotor se, em vez de
fecha-Io, instalarmos urn voltfmetro e aplicarmos for'ta rotativa ao eixo. Urn
fato interessante e que 0 sentido dessa forya deve ser contnirio ao sentido do
campo girante no estator, fazendo com que as bobinas no rotor cortcm a
campo. Se as bobinas acompanharem 0 sentido e a vc10cidade de rotayao do
campo girante, a tensao lida no voltimetro sera proxima a zero.
10.4. Motore.s de duas velocidades trifasicos
Opyoes de velocidade em urn motor podem ser conseguidas com a
instalayao de urn inversor de frequeneia, mas em alguns casos, em que nao ha
necessidade de variayao de velocidade linear, mas apenas duas opr;:oes de
velocidadc, c possivel utilizar motores com duas velocidades.
Existem dois motores que atendem a essa solicitar;;ao, os dahlander e os de
dois cnrolamentos.
No motor dahlander obtcmos duas vclocidades com urn s6 enrolamento,
alterando a ligac;:ao de modo a obter polos ativos au polos consequentes. Uma
velocidade seni 0 dobra da outra. Os primeiros estudos corn relac;:ao a
contagem de polos ern urn motor sao extremamente dificeis, mas vamos
simplificar. Considere 0 instante t de urn gnifico senoidal trifasico em que R
esteja corn maximo valor de tensao positiva, SeT com metade do valor
negativo. Suponba 0 enrolamento de urn motor trif<isico, em que cada fase
possui duas bobinas, alimentado por esse sistema trifasico. No instante T
referido temos;
Rl T2
""0 5
""0
N
S!2
E 5
Uo Ub v,
Sendo:
51 R2
"'10
S!2
Vb
Figura 10.3
N
w,
Tl 52
""0 5
S!2 512
Wb
• SI2: polo sui produzido pela fases T e S na metade do semiciclo
negativo.
As duas bobinas da fase R, no instante T representado, reccbem 0 pico
maximo da tensao na fase R, enquanto as bobinas das fases SeT recebem
metade do pica negativo da tensao nas respectivas fases. Isso justifica os polos
norte fortalecidos nas bobinas da fase R e os polos suI enfraquecidos nas
bobinas da fase S e nas bobinas da fase T. Temos entao dois polos N ativos e
dais polos S consequentes formados pela soma dos polos sui das fases SeT,
portanto urn motor de quatro polos, 1800 RPM.
Se alterannos a ligac;:ao das bobinas, criando polos diferentes em cada
bobina de cada fase, tcremos a representac;:ao da Figura 10.4.
e.- ..... , ................. .... ... ~~~I~i~.~S. ~~~~r!~~~ ... ... ... ......... .... .. .. ... . .
Sendo:
• Nf2 e Sf2: polos norte e sui produzidos pel as fases T e S na metade
do sernicic10 negativo.
FbIo None muito fone FbJo SuI muito lone
N 5
Figura IDA
Importante
Este esquema de motor mostra apenas as posigCies das bobinas tomadas pelo seu
centro em urn enrolamento concentrico, nao considerando as ranhuras em que suas
extremidades estao acamadas.
Os polos criados nas fases S e T ajudam a fortal ecer os dois polos da fase
S. Temos agora dois polos finais resultantes, portanto urn motor de dois polos,
3600 RPM.
Esta e a base da diferenya de polos entre motores e a opyao de ligar;ao no
motor dahlander. Vista de uma outra fonna:
1 lJo
6Wh
4 RJI05 T 2 PoI05
No lu~r do.;; numeros pode-se eooontrllr !etras:
l.la=l Ub",4
Va=2 Vb=5
Wa ", 3 Wb:6
Figura 10. 5
o motor de dois enrolamentos, como 0 proprio nome sugere, possui dois
enrolamentos separados no mesmo estator, com numero de polos diferente.
Pode-se encontrar motores com dois enrolamentos de 4/6 e 8/12 polos,
normalrnente com relarrao 1: 1,5. Para sclccionar a vclocidade de trabalho, basta
alimentar 0 enrolamento correspondente e deixar 0 outro aberto e isolado.
Normalmente os dois enrolamentos sao fechados intemamente em estrela,
portanto sao construidos para uma unica tensao nominal. Jamais confunda urn
motor dahlander com urn motor de dois enrolamentos, pois nonnalmente nao e
necessario fechamento externo em estrela no motor de dois enrolamentos e se
for feito par engano, pode causar danos ao motor.
10.5. Frenagem eletromagnetica de motores
Em algumas aplicarroes, associado a oP'Yao dc velocidade temos um
sistema de frena gem para 0 motor. 0 sistema utilizado com menor custo de
manutenrrao e 0 de frenagem eletromagnetica em que, quando pressionado 0
botao de frenagcm, desliga-se a alimentarrao do motor e e aplicada ao motor
uma tensao continua a duas das fases, que transfOIma a bobina do estator em
urn eletroima que [reia 0 rolor.
Pode-se trear 0 motor invertendo repentinamente 0 scntido de rota'Yao e
desligando 0 sistema logo em seguida. Deste modo a frenagem c brusca e
temos urn pi co de corrente alto no momenta da inversao de rota'Yao. Notc que a
inversao da rota~ao e feita de modo que 0 motor nao desenvolva rota'Yao em
senti do contnirio, mas apenas urn impulso reverso e a fonte de energia c
desligada.
Com 0 advento dos inversores de frequencia, a frena gem elctromagnetica
tornou-se parte do conjunto, ja que esses equipamentos podem ser programa-
dos para executar uma parada rapida do motor.
10.6. Identificat,:iio das bobinas
Comercialmente os motores trifasicos sao vendidos com ate 12 tcrminais
de liga9ao identificados com numeros que correspondem a numerayao das
bobinas das fases, como a numera~ao dos enrolamentos do transfonnador
trifasico, e obedecem ao seguinte padrao:
• (1;4) (7;10): babinas da fase R
• (2;5) (8;11): babinas da fase S
• (3;6) (9;12): babinas da fase T
& ... .... ... ............ ....... . ~~~I~i~.~S. ~~~t~!~~~ .. ...... ..... ................. .
As Ijga~oes que podem ser executadas sao as rnesrnas descritas para 0
transformador trifasico, exceto a liga~ao zigue-zague. Para escolher deter-
minado esquema de 1iga~ao, por exemplo, estrela ou triangulo, deve-se
observar a tensao da rede a que 0 motor sera ligado e orientar-se pelos dados de
placa do motor. Nonnalmente na placa do motor constam as 1iga~oes possiveis
de efetuar de acordo com a tensao de alimenta~ao disponivel. Exemplo:
R
5 6
3
S T
TridnguJo
22W
R S
.... ,.
380V
Figura 10.6
Nota
T
Neste exemplo temos 220 V
como lensuo maxima poro 0
grupo de bobinas de uma
Jose, por isso 220 V no
ligar;uo lriongulo. No molor
disponivel para ensaio temos
bobinas que Sllporfam
apenos 120 V, parlanto para
!igor a fensuo de 220 V do
rcde fechamos em eSlrela.
120 V X 1,73 = 208 V; se ligarmos em 220 V, excedemos a tensao nominal do motor
em quase 6%, 0 que e aceitavel denlro das especifica¢es do fabricanle.
Alguns motores vern de fabrica com nove terminais extemos para ligaca,o.
Eles possuem tres dos 12 terminais conectados intemamente, restando nove
para 1iga~ao extcrna.
10.7. Cam 0 g,~ir~al!Jnl!'te~ __ ~~ __
Urn motor trifasico tern seu funcionamento totalmente dependente de algo
denominado campo girante. 0 campo magnetico de uma bobina depende da
intensidade de corrente que passa por cIa. No motor trifasico de induyao. essa
corrente e fruto da tensilo de rede aplicada aos enrolamentos. Como a tensao
nas tres fases da rede mio ocorre ao mesmo tempo, pode-se deduzir que os
campos criados nos cnrolamentos do estator DaO tern a mesma intensidade no
instante t, mas essa intensidadc varia e ha inversao de polaridade con forme
segue 0 cicio da tensao da rede.
Motores Trifasicos de lndU(;uo CA ti'93'
.. ...... . .......
........... .... .... ...... ..... ......... , ............ ... ....... ~
E importante perceber que ao redor dos enrolamentos do motor 0 campo
magnetico nas bobinas circula de acordo com a forma de onda trifasica
aplicada. Acompanhe:
• A 90° tem-se urn campo magnetico intenso na fase R e menos intense
e com polaridade oposta nas fases SeT, po is a fase R esta no
maximo positivo e SeT na metade negativa.
• A 210° e intenso na fase S e menos intense e corn polaridade
contraria nas fases ReT.
Seguindo a analise (a cada 120°) e feitos novos desenhos, como 0 da
Figura 10.7 para cada posiyao, tomando nota da fonna~ao dos polos, pode-se
notar 0 movimento do campo girante.
Figllra 10.7
,----- --R
:- -- -- - -- --- - - ----j
: 4
.
,
,
,
,
,
,
,
,
~_ 6
,
,
,
,
,
,
,
,
3
N
0~s
5.
•
----------------_.
'--------T
Carla fase ligada a uma bobina produz urn campo magnetico na mesma
proponr:ao da intensidade da fase de acordo com 0 gratico senoidal. Quando
uma bob ina tern intensidade maxima, as outras duas tern intensidade menor e
contnlria, de acordo com as fases. Quando a fase R atinge 0 pica maximo, as
fases SeT tern tens6es men ores contrarias. A 120° adiante a fase S atinge seu
valor maximo eRe T terao valores menorcs. Mais 1200 e a fase T atinge seu
valor maximo, enquanto as fases ReS terao valores menores. Percebe-se
c.:iuTluuenle que ita urn campo magnctico, produzido pela corrente nas bobinas,
que gira.
Esses campos magneticos criados no estator induzem no rotor gaiola
correntes que geram urn campo magnetico cuja poJaridade e oposta ao campo
original no estator. A tcndencia e de 0 rOlor ten tar acompanhar 0 movimento
circular do campo criado no estator.
8.-................ ............. . ~~~~i~'.~. ~~~~r!~~ ....... ....... ...... ..... ... .. .
Aumentando 0 numero de bobinas por fase, podemos trayar linhas ima-
ginarias e dcmonstrar a interayao entre os polos magniticos do estator e do
rotor ern urn instante t.
R1 Campo magnetico
: - ----~__ k'" no estator
~ _ U- f _ ~-----"'" T2 ,/ / ~ --- " 51 \, - " CamP?magnetico--..' ____ 5 ~ N----~ \
mduzldo no rotor W :
~m~//
7 : 10 '
~----
Figura 10.8
Observe na figura que 0
caminho magnifico mais
facil para 0 campo criado 110
estator e 0 rotor.
Ocampo magmilico criado
no rotor tern cornu caminhu
o estator, promovendo a
imerar;iio dos dois campos.
Na Figura 10.8, 0 polo predominante no momento, rnais forte, induz no
rotor uma corrente que gera palos magniticos opostos a 90° dos polos do
estator. Esses polos vao de encontro aos palos no estator, determinando 0
sentido de rota9ao. Os 90° de defasagem se devern a perpendicularidade entre a
corrente e!t~trica e as linhas do campo.
Nota
R 1, R2 sao identificay6es dadas no momento as bobinas da fase R.
10.S. Tor otencia dos motores trifasicos
Tratando-se do motor mais utilizado na industria, todo conhecimento
adquirido e uma vantagern diante de urn problema pnitico. Os motores
trifasicos sao adquiridos por potencia, tensao, fonna de montagem e outros
fatores mais especificos, mas dentre estes a potencia pode interferir no
funcionamento ou nao do motor e no desperdicio de energia, se incorretamente
calculada.
Urn molar deve ter torque suficiente para movimentar uma carga, portanto
o conjugado do motor deve ser superior aD conjugado resistente da maquina .
. .•. .•. .. . • . . • .. .. . .. . . . ~~~~~~. ~~?a.s~~~~ ~e. ~~~~:~~. ~~ ...... .. . ..•.. • .•.... . .. B
Conjugado, torque, momento ou bimirio sao palavras diferentes que tratam da
mesma forya necessaria para girar a eixo. Se ao eixo esta presa uma carga, essa
forya necessaria deve veneer a inercia do proprio eixo e 0 peso da carga.
o torque e produto da for~a aplicada pela distancia. Quanto maior a
distancia em urn sistema de alavanca, menor a fon;a necessaria a ser aplicada,
mas 0 torque e 0 mesmo. Exemplo cl<issico: urn sistema de guincho com
tambor rotativo e utilizado para elevar urn peso de 100 Kgf. Sabe-se que 0
tambor tern raio igual a 0,1 rn, portanto 0 torque necessario para elevar a carga
e T ~ 100 Kgfx 0,1 m ~ 10 Kgf.m.
Fon;a aplicada
100 Kg
~
1Ckm
de raio
r"O~aplicada
~
Alavanca
----
100 Kg
~
Figura 10.9
Alavanca com 60cm
60cm - lOem = 50cm
Se no tarnbor fosse instalada urna alavanca com 60 em, aumentariamos a
distancia, necessitando de menos forya para produzir 0 mesma torque:
T = 20 Kgf x 0,5 m = 10 Kgf.m. Em outras palavras, a forya aplicada e menor
com 0 aumento da alavanca, mas 0 esforr.;:o, torque ou conjugado continua
sendo de 10 Kgf·m.
A equayao seguinte detennina a potencia necessaria ern CV em funr.;:ao do
torque em N.m (newton metro - SI), urna unidade muito utilizada, e da rotayao
do motor em RPM:
P(CV) T(N.m) x RPM
7024
• T - torque em N·m, 1 N.m = 0, 1 Kgf.m =8,851bf.in
~ .. . . . . .. ... .. .. .. . . . .. . .... .. . ~~~~i~~S. ~:etricas
Para determinannos a rotayao com uma certa velocidade de transmissao
podemos utilizar a seguinte equaryao:
N~--"-
n x d
sendo:
•
•
V: velocidade em metro por minuto da aplicaryao
D: diametro do eixo a que e aplicada a rotaryao
Claro que, na pnitica, para dimensionannos a potencia do motor eletrico
para uma detenninada aplicayao, necessitamos de varios dados com relaryao a
operaryao e instalaryao do motor, isto e, urn estudo mais profundo antes de
aplicarmos qualquer fonnula. Como patencia c trabalho ao longo de urn deter-
minado tempo, quanta menor 0 tempo para realizay8.o de uma tarefa, maior a
potencia necessaria a ser aplicada. Nas equaryoes a seguir, se aumentarmos a
velocidade N, aumentamos a necessidade de potencia.
De acordo com as unidades uti lizadas no equacionamento, a formula deve
ser reajustada. Isso acontece porque 0 fisico que montou a equayao original
uti lizou unidades proprias do pais de origem adotadas na epoca. Observe as
equayoes em seguida:
P(CV) T(Kgf · m) x RPM
716
P(HP) T(lbf· in) x 1\ x 1,59
100000
P(Kw) T(N ·m) x RPM
9555
P(W) ~ RPM x 0,105 x T(N . m)
Notas
Utilizar 0 torque em N.m facilita a representagao de torques calculados a partir de unidades
inglesas.
Pode-se utilizar uma equacao. obter 0 resultado em eVe converte-Io em W ou HP.
10.9. Testes de rotina em motores de indu ao
Antes de conectannos urn motor a uma rede trifasica ou monofasica, 0
ideal e que sejam executados alguns testes, evitando assim que pioremos 0
estado de urn equiparnento que ja esta ruirn ou que alguern sofra urn acidente .
..... ..... .. .... ........ ~~~~~~s.:~i(a~:~~,~ ~e. ~~~~~~~ . ~~ ......... .... ... ........ B
Existem dois testes que pertencem ao procedimento de urn born eletricista
e devem ser rnencionados, sendo 0 teste de isolacao do motor com rnegohmetro
eo de continuidade das bobinas com urn ohmimetro.
Imagine a situaC30: "urn motor de 150 CV deve ser substituido, pois
sofrera manutencao periodica. Existe urn motor no almoxarifado au estufa de
motores e pode ser utilizado para a substituiyao. 0 motor e levado ate 0 local
de instalayao, uns 500 metros distante do alrnoxarifado, e instalado sem
nenbum teste previo, sob a confianya de que urn motor do alrnoxarifado estaria
born. Infelizmente esse motor, por urn descuido qualquer, sofreu aCao de
umidade e ao ligar 0 sistema, houve urn desanne do disjuntor, indicando urn
curto-circuito para terra".
Imagine 0 tempo perdido e 0 dinheiro desperdir;:ado com prodw;ao e mao
de obm pelo simples fato de mio executar urn teste de isolacao nipido antes que
o motor saisse do almoxarifado.
Para executar 0 teste de isolacao utilizamos urn rneg6hmetro e medimas a
resistencia entre os cnrolamentos c entre as enrolarnentos e a carcaya do motor.
Entre duas
bobinas de fases diferentes deve haver uma resistencia alta e entre
qualquer bobina e a carcaya tambem. 0 valor dessa resistencia minima, quando
nao ha hist6rico do motor, segundo a NBR5383 item 6.8.2, pode ser dada par:
~~~\-3.. .... ~~\t:.,f;)0c.") = \-\-~ \\.1\(\"), ~c\\.~(;) ~ ~ \I'!.\\.'::.~I;) \\'I;)m\\\.~\ ~I:'. "ID.1;)\(;)'t ~\.\.\. '6...."\1
o hist6rico do motor e as recomendacoes do fabricante, quando disponi-
veis, facilitam 0 cstabelecimento de urn valor ideal para resistencia de isoJaCao
de urn delermillatlo motor. Gcncricamente considera-se aceitavel a resistencia
igual au superior a dez vezes 0 valor minimo. Uma referencia completa pode
ser encontrada na norma citada.
Existem testes medinicos que monitoram a estado dos rolamentos do
motor, cvitando que eles prcjudiquem 0 funcionamento au causcm danas
maiores a ele. Entre eles podemo5 citar 0 procedimento de amilise de ruido com
estetosc6pio. A amilise de vibra~i1o da maquina tambem pode ser executada.
10.10. Ensaio: motor trifasico
de induciio com rotor eaiola
Objetivo: Observar as caracteristicas do motor trifasieo de indu~ao rotor a
vazio, com carga e a plena carga. Observar na pratica como realizar conexoes
de eircuitos com motorcs c conexoes mecanicas com equipamentos auxiliares.
~ ......•..•..•................ . ~~~~~i~.~S. ~~~~!~~ ............................. . .
Equipamentos utilizados: motor trifasico de indu~ao 0,25 HP 1800 RPM
120 V 1,2 A, fonte CA ajustavel 0 a 120 V 8 A, eletrodinamometro com
capacidade de aplicar cargas ate 3 N·m, tacometro, voltimetro e amperimetro
para as tensoes e corrcntes esperadas.
Aten~ao
Trabalhamos com niveis de !ensao que podem !razer risco a vida humana e com
partes mecanicas girantes que podem causar danos ffsicos, portanto realize os
ensaios apenas sob orientayao e supervisao de urn proflssional habilitado e siga a
risca todas as orienta96es de seguranif8. An!es de ligar 0 equipamento para verificar
o funcionamenlo e tomar nota dos dad os, pelfa ao profissional citado Que inspecione
o circuito. Uga96es e aitera96es devem ser feitas com !odos os eQuipamentos com-
pletamen!e desligados.
Para medir a polencia aliva lolal e, conseQuentemenle. as perdas no motor, vamos
u!ilizar um wattimelro. Esta e a maneira mais simples de obler esses dados. A Dutra
maneira , por meio de calculos, foge ao escopo desle livro.
Procedimentos
1) Inicialmente obtenha as caracteristicas fisicas do seu motor confonne
a seguir:
Numero de tenninais: 6
Tipo de enrolarnento (se for possivel):
Nfunero de polos: 4
2) Merya a rcsistencia dos enrolarnentos com urn ohmirnetro e anote (0
motor testado possui seis terminais):
Rfase R ~ 12,8 n
Rfase S ~ 12,8 n
Rfase T ~ 12,8 n
3) Calculc a R isolaryao minima e merya a resistencia de isola~ao entre
bobinas e entre bobinas e carcarya. Anote os val ores de R isolayao
medidos.
4) Anote a potencia nominal, a corrente nominal, a rotayao nominal e a
tensao nominal do motor anotadas na placa de identificayao dele:
In ~ 1,2 A, RPM ~ 1670, Un ~ 120 V (cada bobina), 0,25 lIP
Motores Trifcisicos de lndufiio CA ~
... , .. .. ...... , .. , ................................. .. .............. .......... .
5) Calcule a velocidade do campo girante do motor para quatro polos:
120xF d F fr •. , d I RPM = --- sen 0 equencI3 e p nwnero e po os
p
6) Calcule a corrente nominal para urn motor com Cosc:p = 0,7 c rendi-
mento 11 = 0,7 utilizando a equar;ao:
In ~ P(W)
Un x.J3 x Coscp x ~
7) Monte 0 circuito representado na Figura 10.10. A fonte de tensao
deve estar desligada inicialrncnte. Note 0 eletrodinam6metro aco-
plado que s6 deve ser ligado no momento do ensaio.
~--~-------{Ar--' 22rN 5 3F60 HI~TC---~--{Ar---,
f'--------j W j----{
Fonte de terNIo
biffu;ica
Figura 10.10
_-._1 Eletrodinl'lmOmetro I
8) Circuito montado, ligue 0 eletrodinamometro ajustado para carga
maxima, em seguida ligue a fonte de tcnsao trifasica. Para cada va lor
de carga da tabcla (torque) mcya as indicayoes no wattimctro, a
corrente media nos amperimetros e a velocidade.
Torque (N·m) I (A) Potencia (W) Velocidade (RPM)
0 0,6 60 1800
0,35 0,75 145 1750
0,7 0,9 220 1720
I 1,1 300 1680
1,4 1,4 395 1620
9) Dcsligue a fonte de tensilo trifasica e 0 eletrodinam6metro. Retire 0
watfmetro do circuito e dois dos tres ampcrimetros.
10) Com 0 circuito scm 0 wattimetro pre-ajuste 0 eletrodinam6metro para
carga maxima c ligue 0 motor, religando a fonte de alimentay3o. Faya
t2OQ\ Maquinas Eielricas ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a leitura do torque desenvolvido no eletrodinamometro e a lcitura da
corrente absorvida. Desligue tudo ao tenninar as leituras.
Torque ~ 2,24 N-m I ~ 4,6 A
Nota
o ensaio de torque e realizado com 0 rotor bloqueado pelo eletrodinam6metro e
medimos a forr;a que a motor e capaz de tazer para sair desse bloqueio.
11) Calcule a potencia aparente dissipada pelo motor na situayao de carga
testada no item 10.
12) Com a carga ajustada para 1 N·m no eletrodinamometro, parta 0
motor e registre a corrente de partida. Calcule quantas vezes a
corrente de partida foi maior que a nominal.
In ~ 1,1 A IplIn ~ 8,2
13) Com os resultados obtidos no item 8, calcule a potencia aparente e 0
[ator de potencia para as condi~oes de carga da tabela seguinte:
Carga (N·m) Potencia aparente (VA) Cos lp
Sem carga 228,4 0,27
1 N.m 4l8,7 0,72
14) Calcule a eficiencia do motor e a potencia em hp para carga de I N·m.
15) Questoes rc1ativas ao ensaio:
a) Por que 0 fator de potencia do motor scm carga e muito pior em
relay30 ao fator de potencia do motor com carga?
b) Calcule 0 escorregamento do motor, considerando a velocidade
sem carga e a velocidade com carga maxima no ensaio utilizando
a seguinte equayao:
v . -RPM
01 campo glranle plena carga 100"
S/O= X 10
V campo giranle
c) 0 que aconteceria ao motor se fosse manti do, por um periodo
prolongado, descnvolvendo urn torque maior ou igual a 1,4 N·m?
.... .. ..... ........... .. ~~~~~~. ~~?a~:~~~ ~e. ~~~I.I:~~.~~ .. ... .......... ... ...... iB
10.11. Ensaio: motor
Objetivo: Estudar as propriedades e caracteristicas do motor trifas ico de
rotor bobinado na pnitica. Observar como realizar conexoes de circuitos com
rnotores e conexoes medinicas com cquipamentos auxiliares.
Equipamentos utilizados: motor trifasico de rotor bobinado 0,25 HP
1500 RPM 208V 1,3 A, fonte CA ajustavel 0 a 120 V 8 A, eletrodinam6metro
com capacidade de aplicar cargas ate 3 N·m, tacometro, voltimetro c
amperimetro para as tensoes e correntes esperadas.
Importante
T raba!hamos com niveis de tensao que podem trazer risco a vida humana e com
partes mecanicas giranles que podem causar danos fisicos, portanlo realize os
ensaios apenas sob orienta<;ao e supervisao de urn profissiona! habilitado e siga a
risca \odas as orienlac5es de seguranca. Antes de ligar 0 equipamento para verificar
o funcionamento e tomar nota dos dados, pelY8 ao profissional citado que inspecione
o circuito. Ligay6es e alteray6es devem ser feitas com todos os equipamentos
completamente desligados.
Os ensaios descrilos em seguida foram realizados com um determinado motor
trifasico. Isso nao quer dizer que voce precise realizar 0 ensaio com uma maquina
identica nem que lenha de obler os mesmos valores anolados neste ensaio. 0
objelivo principal e a conslalac;ao. Voce leu e releu a teoria, agora val comprovar
alguns aspectos seguindo um guia de procedimentos elaborado de forma que passa
comparar seus resultados com os esperados e com os anolados no livro. Registre
seus resultados.
Para medir a palencia ativa total e, consequenlemenle, as perdas no motor,
vamos
utilizar urn wattirnelro. Esla e a rnaneira mais simples para obler esses dad os. A
outra maneira, alraves de calculos, foge ao escopo deste livro.
Procedimentos
1) Inicialmente obtenha as caracteristicas fisicas do seu motor confonne
a seguir:
N umero de terminais: 6
Tipo de enrolamento (se for possivel):
Nfunero de polos: 4
2) Meya a resistencia dos enrolamentos com urn ohmimetro e anote (0
motor testado possui seis tenninais):
§ ...... _ ... ... .... _ .... .. .. ... . ~~~~i~~S. ~~~~r~~~~ ............. . . . •. . .....•.. • ..•
RfaseR~ 12,7n
Rfase S ~ 12,7 n
Rfase T ~ 12,7 n
3) Calcule a R isolacao minima e meca a resistencia de isolacao entre
bobinas e entre bobinas e carcaca. Anote os valores de R isoiacao
medidos.
4) Anote a potencia nominal, a corrente nominal, a rotay30 nominal e a
tensao nominal do motor descritas na placa de identificacao dele:
In ~ 1,2 A, RPM ~ 1670, Un ~ 120 V (cada bobina), 0,25 HP
5) Calcule a fataeao do motor para quatTo polos:
RPM = 120xF seoda F frequencia e p numero de polos
p
6) Calcule a corrente nominal para urn motor com Cos'P
rendimento 11 = 0,7 utiLizando a cquacao:
In _ P~(W_),-----_
Unx)3xCos<pX'l
0,7 e
7) Monte 0 circuito representado na Figura 10.11. A fonte de teusae
deve estar desligada inicialmente. Note 0 motor cc shunt acoplado
que 56 deve ser Jigado em momento oportuno do ensaio. Esse motor
serve para rotacionar 0 rotor do motor na mesma velocidade do
campo girante (sincronismo). 0 estator roi ligado em estrela para
tensao de alimenta9ao de 220 V, confonne caracteristica da maquina.
v
R 1"-'--+-----1 A >---,
22lN S 3f 60 Hz IOT--~---(A>----,
Fonte de tensilo
trU&iiC/l.
w
- 'i-rl/
v
Figura /0. II
---I MoiorDCSnunt 1
......... ~~~~~~. :~?a.:~~~~ ~e. ~~~I./~~~.~~ .. ...... • .. •..• ..••. _ ... ~
8) Como primeira etapa do ensaio vamos procurar compreender a
rclavao entre velocidade sincrona, corrente e tensao induzida no rotor
e campo giranre. Ligue a fonte de tensao triHisica, com 0 motor cc
parado registre a ten sao indicada pelo voitimetro, a corrente media
indicada pelos amperimetros e a potencia ativa illdicada pelo
wattimetro (muitiplique por 3 se 0 wattimetro for monofasico e
estiver Iigado ao neutro confonne 0 desenho).
Im ~ 0,66 A P ~62 W UrotOF 110 V
9) CaJcule a potencia aparente, a potencia reativa e 0 fator de potencia
na maquina para os dado:; do item 8.
10) Ajuste a velocidade do motor cc confonne a tabela seguinte e rcpita
os itens 8 c 9 pum completa-Iu. Desligue todas as fontes de tensao aD
tenn inar.
RPM Umtor (V) 1m (A) peW) S (VA) COS'll Q (Var)
0 110 0,66 62 145 0,43 13 1
900 160 0,66 62 145,2 0,43 \31
1800 218 0,66 68 145 0,47 129
11) Inverta 0 sentido de rotar;ao do motor cc e rcpita os itens 8, 9 e 10,
preenchendo a tabeia seguinte. Desligue todas as fontes de tensao ao
tenninar.
RPM Urotor (V) 1m (A) P(W) S (VA) C OS'll Q (Var)
0 110 0,66 62 145 0,43 131
900 60 0,66 63 145 0,43 131
1800 0 0,66 45 145 0,31 138
12) Compare as duas tabelas. Podemos perceber que numa delas a tensao
no rotor aumenta com a velocidade, e na outra a tensao no rotor
diminu i com a velocidade. Notamos tam bern que para a velocidade
aproximada de 1800 RPM temos duas situavoes extremas, 220 V e
o V. Descreva a relavao entre 0 campo girante no estator do motor e a
velocidade e a sentido de rotar;ao apJicados ao rotor do motor
ensaiado.
8 ............ .. ..... ... ........... . ~~~~~i~.~s.~~~~r.i~a:. .. . . . ......... 0 _ • •• • • • • • • 0 • • •••
" ~
'"
13) Com os dados presentes nas tabelas eonstrua urn grafteo que demons-
tre visualmente a relar;ao entre veloeidade aplieada ao rotor e tensao
medida no rotor.
2000
1000
0
~ HlOO
~2000
TensiJo Rotor (V )
AS valores de velocidade
illdicados como negafivo se
referem a velocidade aplicllda
pelo mofor cc com sentido
inverso ao apJicado para 0
preenchimento da primeira
lobe/a
14) o eireuito seguinte serve para observar 0 eornportamento do motor de
rotor bobinado sob earga. Foi instalado urn reostato trifasico ajustavel
para medirmos a variayao de vc10cidade com aplicalfao de resistencia
ao rotor. 0 reostato trifasico pode ser substituido por banco de
resistcncias tri fasico.
22eN
p '--+-- --{A)-----,
3F 6O}-L, I'T;---.l----- -----,
f'--- - w 1---- ----,
Fonte de te~o
lrifasica
Figura 10.12
- -18etrodinam6metro I
15) Ajuste 0 reostato trifasico para posirrao com rcsish~ncia zero, ajuste 0
eletro dinamometro para resisteneia maxima. Ligue a fonte de tensao
trifasiea e reajuste 0 e1etrodinamometro para 0 primeiro valor de
carga da tabela (0 Nom). Para cada valor de earga, lcia c registre os
valores indicados nos amperimetros, no wattimetro e melfa a velo-
cidade do motor.
Torque (N·m) lestator (A) Irotor (A) peW) RPM
°
0,9 0,15 70 1730
0,35 0,95 0,35 140 1665
0,7 I 0,7 210 1580
I 1,1 I 270 1520
1,4 1,2 1,4 390 1430
16) Ajuste a motor para produzir torque de I N·m, conforme tabela
anterior. Ajuste a reostato trifasico para maxima res istencia e me'Ya a
a lteray~o na velocidade em comparay~o com a velocidade registrada
na tabela para essa carga. Mec;a tambem a corrente no estator.
Registre esses val ores. Oesligue lodos os equipamentos ao tenninar.
RPM: 1000 RPM lestator: I A
17) Mediremos a seguir 0 torque desenvolvido na partida do motor e °
comportamento das correntes do rotor e do estator sob diferentes
condiyoes de ve1ocidade. Desta vez n~o sera aplicada velocidade ao
motoT. Vamos liga-Io com 0 rotor em estrela e reduzir a tensilo
trifasica para variar a velocidade. 0 circuito a ser montado pode ser
observado na Figura 10.13.
R ~----~-----{A~-,
22011 S
3F 60 Hz ~T'-----~--------'
Fonte de tensllo
lriiasica
Figllra 10.11
- -J Eletrodinam6metro J
/Rotor
18) Ajuste 0 controle do e1etrodinamometro para carga maxima, ligue 0
e1etrodinamometro, em seguida ligue a fonte trifasica, energizando 0
motor. Observe 0 valor de torque desenvolvido e a corrente indicada e
anote. DesLigue os equipamentos ao terminar.
Torque: 2,6 N·m Ipartida: 3,7 A
§ ... ..... ................ ..... . ~~~~i~.~. ~~~t~!~~ ..
19) QuestOes relativas ao ensaio:
a) Sc manti vennos 0 rotor aberto e partinnos 0 motor de rotor
bobina, ele desenvolve rotayao? Poc que?
b) Qual a relayao entre resistencia aplicada ao rotor e velocidade
desenvolvida?
c) 0 que podemos apontar como vantagem do motor de rotor
bobinado com rclayao ao motor trifasico com rotor gaiola,
comparando a torque maximo desenvolvido com rotor bloqueado
e a corrente para imprimir esse torque?
20) Monte urn ensaio corn motor dahlander de modo que seja possivel
registrar a corrente de partida a vazio, a corrente medida a vazio para
as duas velocidades. Meya e registre a velocidade nominal no ensaio.
21) Monte urn ensaio com motor dahlander de modo que seja posslve!
registrar a corrente de partida a vazio, a corrente medida a vazio para
as duas ve!ocidades. Meya e registre a velocidade nominal no ensaio .
. . . . . .. . . .. . .. . . .. . .. . . . ~~~~~~'. ~~~~.~~~~ ~e. ~~~~~~~. ~~ . .. . .. . . • .. • ... . . . . ..... §
1) Qual 0 tipo de ligm;:ao utilizado no mOlor trifasico de indw;:ao para
liga-lo a fonte trif<isica de 220 V?
2) Se ligassemos 0 motor trifasico de induyao em triangulo, qual dcveria
ser a tensao da fonte trifasica?
3) No ensaio do motor trifasico de induyao, qual 0 torq ue maximo
desenvolvido peIo motor sem que a corrente nominal seja ultrapas-
sada?
4) Descreva como se fonna 0 campo girante de um motor trifasico.
5) Quais os dois tipos de motores de duas velocidades mais conhecidos?
Quais as diferenyas entre des?
6) Quais as diferentyas fisicas
e eh!tricas entre 0 rotor gaiola e 0 rotor
bobinado?
7) Fatya uma lisla de itens para manutentyao (troca) nos motores gaiola e
rotor bobinado e compare os custos de manutentyao dos dois. Quais as
vantagens e desvanlagens de urn motor com relatyao ao outro?
(§i ........ .... ... ......... ..... . ~~~I~i~.~S. ~~~~r.i~~~ . .... . . . ..•.. . ... .... • .. • ......
Motor Sincrono
11.1. Introdu~ao
A maquina sincrona cstudada no capitulo 9 trabalha como gerador e no
capitulo 6 utilizamos a mesma maquina para [omecer vclocidade constante ao
gerador CC shunt. Ternos ccrtcza de que uma rnaquina sincrona pode trabalhar
como motor e como gerador, mas como motor, deve feeeber atenc;;ao especial
em sua operayao e tern aplic3yao diferenciada e muitu intt:rt:ssanlt: IIU l,;Ulllro!e
do fator de potencia, aiem de ser uma das poucas maquinas cuja veloc idade na
ponta do eixo e a mesma do campo girante magnetico (sincronia).
o motor sincrono, quando a tccnologia de capacitores ainda nae havia
atingido 0 ponto satisfatorio, fo i muite utilizado para absorver potencia reativa
da rede, melhorando 0 fator de potencia. Atualmente, e di ftc il encontra-Io nesse
tipo de aplicayao e nao sao muitas as industrias que 0 mantem em atividade.
mas toda a tecnologia nesse motor aj udou e pode ajudar a desenvolver outras
ideias e deve ser estudada com dedicayao. alem de aux iliar no eoteodimento da
maquina sincrona como gerador. 0 corayao da prodw;ao de energia eletrica.
11.2. Motor sincrono: funcionamento e opera"ao
Como visto anterionnente. a maquina sincrona possui urn enrolamento
trifasico no estator (parte fixa) e urn emolamento corrente continua no rotor
(parte moveI). Como gerador, excitamos 0 rotor e aplicamos forya mecanica
para que 0 campo magnetico no rotor corte as bobinas no estator, tendo a
tensao altemada trifasica gerada. Como motor e preciso ap Licar teosao tri fasica
ao estator, em que e produzido urn campo girante com frequencia detenninada
pela rede e velocidadc dc acordo com a frequcncia e 0 numero de polos do
Malar Sincrono tQI
•... , ... ... ............ ..:::s::Y
enrolamento. Ao rotor aplicamos tensao continua para produzir urn campo
magnetico fixo que acompanha 0 campo girante fielmente.
,-----_R
,----------- ------,
· •
· •
·
·
·
·
·
·
·
· • NeUlro ... -
·
· •
·
·
· •
·
T
R
N~+
s~s
•
•
---- -- ----------_. L-___ ____ T
Figura 11.1
Existem dais palos no rotor criados
pela excitaviio em COlTenle continua
apficada e urn campo magnetico
giranle no estator com velocidade
defermillada pe/a frequencia da
rede e pelo mimero de polos da
maquina. Essa separaviio promove
a possibifidade de aumentarmos a
forr,:a magnetica nos polos da rolor,
mantendo a sincronia dele com a
campo no eslator sob sifuavoes com
carga, rna!>' lambem traz IIIna
importante desvanfagem.
o problema do motor sincrono e a incapacidade de atingir a velocidade
sincrona, partindo da inercia, sob carga, scm procedimentos especiais.
Nos motores em que os polos sao induzidos no rotor, temos esses polos
como resultado das linhas de campo dos polos no estator, portanto ha uma
rela~ao natural entre os polos do rotor e do estator. Por exemplo, para urn
motor trifasico, quando existem tn!s polos no estator, temos tres polos no rotor.
No motor sincrono, 0 induzido, quando par ele passa corrente eh!trica continua,
cria apenas dois palos que devem acompanhar 0 campo girante. A vantagem
desses palos, que indepcndem do estator, e que eles podem ter seus campos
magneticos controlados pela excita~ao do rotor.
A desvantagem e que, inicialmente, nao e possivel para esses dois palos
no rotor, au para 0 rotor. acompanhar a velocidade do campo magnetico girante
trifasico no estato!.
Conclusao: 0 motor sincrono e incapaz de partir sem ajuda sob certas
situa~6es de carga, em vazio talvez, mas sob carga, dificilmente. Nonnalmente
se utiliza urn outro motor acoplado ao motor sincrono para imprimir velocidade
ao motor sincrono c a 90% da velocidade do campo girante no estator, 0 motor
auxiliar e dcsacoplado e a motor sincrono busca a sincronia com 0 campo
magnetico no estator e toma a contrale da situa~ao.
& ........... ... ........... ..... ~~~~i~.~S. ~~~~r~~o:.' .... ......... .......... .. ..... .
Motor aux ~""
"
Maquinadiente ~----
R 5 T
I I I
A
Fechamento em
estrel~ MS):a
A
Chave do rotor
Reostato para
ajuste da
exci:ar;ao
Vee Fonte CCexcita¢o
Figura 1J.2
Percebemos na Figura 11.2 que a
maquina sincrona necessita de um
equipamenro allXiliar para atingir
certa ve/ocidade, pois como veremos
nos ensaios, a torque de partida
dessa maquina e baixo. 0 motor
auxiliar deve ser desacoplado do
sistema meciinico assim que a motor
sfncrono atingir determinada
velocidade e estiver apto a entrar em
sincronia com a campo girante no
estator.
A excita<;:3.o do motor sincrono e 0 ponto-chave do estudo desse motor.
Urn motor sincrono sobre-excitado pode [omecer potencia reativa a rede
(capacitor). Sobre-excitando 0 rotor, i5to e, aumentando a corrente de excita<;.1o
do rotor de maneira que 0 campo produzido nele seja maior que 0 necessario
para que 0 rotor acompanhe 0 campo girante, fomecemos potencia reativa
capacitiva a rede. Urn motor sincrono subexcitado pode absorver potencia
reativa da rede (indutor), ja que neces5ita desse tipo de patencia (rcativa
indutiva) para manter 0 rotor em sincronia com 0 campo girante.
Em uma analogia rapida podemos tomar como exemplo 0 triangulo das
potencias, ern que patencia reativa indutiva e parte de maquinas indutivas e
potencia reativa capacitiva e a fornecida par capacitores:
Reativa capadtiva
Rea tiva indutiva
Potencia
aparente
AUva
Observa~ao
A potEmcia aparenle €I resullado da soma vetorial da palencia aliva com a reativa e
pede ser calculada mulliplicando a correnle medida com a lensao aplicada .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~~~~~ .~i~~~~~~ . ... ... ... . .. . . . . .. . ... . ........ 10>
o motor sinerono, quando eoneetado a rede sem earga e nao exeitado, age
como urn indutor trifasico conectado a rede, consumindo energia reativa e
sendo determinante para urn pessimo fator de potencia. Ao excitarmos 0 rotor,
fornecemos parte da energia necessaria para interar;ao entre 0 campo magnetico
rotativo e 0 campo do rotor, portanto 0 estator passa a drenar mcnos energia
reativa da rcde. Ao aplicannos carga, 0 motor passa a fornecer pott~ncia
mecanica, consurrundo potencia ativa da rede .
Os ensaios propostos trazem alguns expcrimentos que visam a observayaO
desses fenomenos e a comprOV<'Iv80 prMica rle~~e~ conhecimentos tenricos.
Com base nesses conhecimentos iniciais resta aprofundar-se nos estudos e
estabelccer novos horizontes para as maquinas sincronas, quem sabe plantando
ideias para urn novo tipo de maquina.
11.3. Ensaio: motor sinc",r~o!!!n~o~ ____ ..
Objetivos: Examinar as caracteristicas de constru9ilo de urn motor
sincrono, obter as caracteristicas de partida, observar 0 comportamento do
motor sincrono no fomecimcnto e na absorr;ao de potencia reativa da rede
(como carga capacitiva au indutiva), trar;ar as curvas caracteristicas da
maquina sfncrona e testar as condiyoes de torque maximo da maquina.
Equiparnentos utilizados: motorlgerador sincrono trifasico 0,25 HP
1800 RPM 120 V /208 V, fonte CA ajustavel 0 a 120 V 8 A, eletrodinamometro
com capacidade de aplicar cargas ate 3 N·m, tacometro, vo ltimetro e amperi-
metro para as tensoes e correntes esperadas.
Atencao
Os ensaios descritos em seguida foram realizados com um delerminado molor
trifasico. Isso nao quer dizer que voce precise realizar seu ensaio com uma maquina
id~ntica nem que
tenha de obter os mesmos valores anotados neste ensaio. 0
objetivo principal e a constala~o. Voce leu e releu a leoria, agora vai comprovar
alguns aspectos, seguindo um guia de procedimentos elaborado de forma que possa
comparar seus resultados com os esperados e com os anotados no livro. Registre
seus resultados.
Trabathamos com niveis de tensao que podem trazer risco a vida humana e com
partes mecanicas girantes que podem causar danos fisicos, portanto realize os
ensaios apenas sob orientac,:ao e supervisao de um profissional habilitado e siga a
risca todas as orientacoes de seguram;:a. Antes de ligar 0 equipamenlo para verfficar
o funcionamenlo e tomar nota dos dados, pees ao profissional citado que inspecione
o circuito. Uga¢es e altera¢es devem ser feitas com 1000s os equipamentos
completamente desligados.
& .... .... ...... ... ............. ~~~~i~.~S. ~~~t~.i~~.~ . .......... . .•... . . . . . .........
Procedimentos
1) Inicialmente obtenha as caracteristicas fisicas do seu motor conforme
a seguir:
Numero de terminais: 8 tenninais, 6 do estator e 2 do rotor
Numero de polos: 4
2) Mer.;:a a resistencia dos enrolamentos com urn ohmimetro e anote (0
motor testado possui seis tenninais);
Rfase R ~ 12,5 n
Rfase S ~ 12,5 n
Rfase T ~ 12,5 n
3) Calcule a R isolar.;:ao minima e mer.;:a a resistencia de isolar.;:ao entre
bobinas e entre bobinas e carcar.;:a. Anote os val ores de R isolar.;:ao
mcdidos.
Riso1 ~ 1,22 Mn RisolMed ~ 1000 Mn
4) Registre a potencia nominal, a corrente nominal, a rotar.;:ao nominal e
a tensfto nominal do motor anotadas na placa de identificar.;:ao ou no
manual.
1/4 HP 1800 RPM 208 V 0,8 A
5) Calcule a rotar.;:ao do motor para quatro pol as:
RPM = 120xF = 1800 RPM sendo F frequencia e p numero de polos
p
6) Calcule a corrente nominal considerando Coscp = 0,8 e rendimento
II = 0,8, uti lizando a equar.;:ao:
In = peW) ~ 0 8 1 A
Un x .J3xCosCP X ll •
7) Monte 0 circuito representado na Figura 11.3. A fonte de tensao deve
estar dcsligada inicialmente. Notc 0 eletrodinamometro acoplado que
56 deve ser Iigado no momento do ensaio .
. . • . .•. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~~~~~ ~i~~~~~~ . . .. . . .... .. •. .. . . .....•..•..... §
ElelrodinamOmetro
220V 3F
R 5 T
I I I
MS
Rotor aberto
Figura 11.3
Nesle ensaio I'eremos se 0 molor e
capaz de panir sem carga e com corga
equal o torque maximo desenvolvido
sob carga sem que ele trove.
Vamos medir tambem 0 torque
de portida da muquina.
Fique de olho nas correnfes indicadas
nos amperimetros, que mio devem
permallecer superiores as nominais do
rna/or durante prolongado periodo.
8) Circuito montado, mantenha 0 eletrodinamometro desligado e se for
necessario, desacople . Em seguida, ligue a fonte de tensao trifasica. 0
motor deve partir suavemente e ganhar velocidade. Anote a corrente
nominal ern vazio indicada. Desligue ao tenninar.
lestator ~ 0,87 A
9) Acople 0 eletrodinamometro ao motor sincrono. monte 0 circuito de
excitarrao do rotor confonne Figura 11.4, composto de fonte com
tensao nominal do rotor, amperimetro e chave ligaldesliga. A chave
do rotor deve estar aberta inicialrnente. Vamos tentar agora partir 0
motor sincrono sob carga. Ligue 0 eletrodinamometro e ajuste a carga
para aproximadamente 40 % do total (1,5 N·m). Ajuste 0 reostato de
excitarrao para resjsh~ncia zero e feche a chave do rotor. Liguc a fonte
trif<is ica par cinco segundos e desligue em seguida. Nesses cinco
segundos leia a corrente indicada no arnperimetro do cstator e observe
a que acontece com 0 motor. Descreva 0 que ocorreu e registre a
corrente indicada.
Resposta: 0 motor nao partiu, vibrou e roncou.
Iestator = 4,6 A (aproximadamente)
a .............................. ,,!~~~i~~. ~~~~r~~~.~ ...... . ..... • ..• .. ..• . .
I EJelrodinamometTo ~---- MS
Fecl'18menlo em
eslre!a
ChelVe do rotor
Reostato para ajuste
da excita¢o
Vee Fonte CC excita¢o
Figura 11.4
A chave do rotor deve estar aberta
inicialmenfe. Os amperimefros
devem ser compativeis com as
correntes nominais do motor.
10) 0 motor, com base no experimento 9, pode partir sob carga, com
excitarrao no rotor? Por que? Esta e uma caracteristica de que tipo de
motor?
11) Substitua a fonte de excitarrao por uma fonte CC variavel de 0 a 120 V.
Veremos se 0 motor e capaz de partir, sob certa condirrao de carga,
com tensao 0 de excitarrao (trabalhando como motor de induyao).
Com a tensao de excitarrao aplicada em 0 V (verifique), aplique
tensilo trifasica ligando a fonte e observe a indicarrao no amperimetro
do estator. Tome nota da corrente de partida e da corrente de trabalho
nesta situarrao.
Ipartida ~ 4,7 A Itrabalho ~ I, I A
12) Descreva 0 que ocorreu na partida do motor sob carga com 0 V de
excitayao do rotor. A maquina se comportou como que tipo de motor?
13) Cuidadosamente aumente a tensao de excitayao do rotor ate atingir a
tensao nominal do rotor (120 V, por exemplo) e descreva 0 que aconte-
ceu com a corrente no estator. Desligue todas as fontes ao tenninar.
Resposta: De I, I A a corrente diminuiu para 0,42 A depois voltou a
subir, estabilizando em aproximadamente 0,75 A.
. . . ....• . .• ..•... . • . . • ...... ~~~~~ ~i~~~~~~ . .... . . .. . . ..................... -.0
14) 0 comportamento da corrente no estator indica que, neste caso, 0
motor trabalha como sfncrono? Par que?
15) Retire a fonte de cc ajustavel e no lugar instale urn voltfmetro
compativel com a tensilo nominal do motor, Figura 11.5. Ajuste 0
eletrodinamometro para maxima carga (cerca de 3 N·m para 0
equipamento utilizado). Ajuste 0 reostato do rotor para minima resis-
lencia e ligue a chave do rotor. Ligue a fonte de alimentayao trifasica
e registre rapidamente a corrente de partida indicada no amperimetro,
a tensao lida no voltimetro ligado ao rotor e 0 torque indicado pelo
dinamometro. Desligue todos os equipamentos apos a leitura dos
instrumentos.
Ipartida ~ 4 A
Urotor Partida = 215 V
Torque ~ 2,8 N'm
~----+-----~A~-.
22fN 5
3F 60 Hz I'T'-- -.+--- --- --,
Fonte de len..ilo
Irif6si~
Figura J 1.5
Nota
v
--I E1etrodinamOmetro I
A tcnsao flO rotor decresce conforme ele ganha velocidade. Comece a pensar por
que isso ocorre. Lembre-se do motor de rotor bobinado e do que aconteceu quando
rotacionamos 0 rotor no mesmo sentido do campo giranle.
16) No item 15 0 torque de partida com rotor aberto foi medido, ja que
anteriormente vimos que 0 motor sincrono nao parte sob determinada
carga. Com a equayao seguinte compare as torques a plena carga
€t ............... ............... ~a:.'~i~~. ~~~/~i~~ ............. . .. . .. • ........ .. •
(0,25 Hp) desenvolvidos par urn motor sincroDo quatro palos e urn
motor gaiola tambem de quatro polos.
Torque (N-m) ~ -,-7~12:::2,,-x:-:HrP
RPM
Sendo velocidade na ponta do eixo:
• 1800 RPM para 0 motor sincrono
• 1680 RPM para 0 motor gaiola
Nota
Observe a influencia da velocidade na torque.
17) l1tilizando os fatas oearridas nos experimentos, que provideneias
dcvemos tomar para que 0 motor smcrono possa partir tranquilamente
com certa carga?
18) Partindo dos experimentos realizados, seria passivel construir urn
sistema de partida para 0 motor sincrono? Como?
19) Vamos verificar agora as caracterfsticas a plena carga do motor
sincrono e 0 chamado "pull out" torque do motor sincrono. lnstale urn
wattimetro no circuito confonne a Figura 11.6.
v
R ~---+-----{A}--, 22iN S
3F 6J Hz ~T'---l---------,
Fonte de tensiio
hif6sica
w
Fonte ajust6ve!
o a l20V
Figura 1/.6
--I Elebodinam6metw I
Reostato
<:have do rotor
20) Ajuste 0 eletrodinamometro para a menor carga possivel e a reostato
do rotor para condit;ao
de maxima resistencia. Ligue a fonte de ten sao
...... . ...... . . . .. . . ......... .. ~~~~~ .~i~~~~~~ . .... .. .. . . .. ..... . . .. .......... §
trifasica. Nesse instante 0 motor deve partir. Fique atento a corrente
apresentada no ampcrimetro de modo que nao ultra passe a nominal
do motor.
21) Ajuste 0 eletrodinam6metro para urn torque de 1 N·m aproximada~
mente. Nesse instante varie 0 reostato do rotor ate que 0 valor de
corrente no estator seja 0 menor possivel. AnOle os va lores de tensao
de excita~ao, corrente de excitayao, corrente no estator e potencia em
watts.
Testator = 0,8 A Irotor ~ 0,55 A Uexcital'ilo ~ 124 V W = 286 W
Nota
Nesta si lua~o 0 motor representa uma carga puramente resisliva, sem trabalhar
patencia reativa significativa com a rede.
22) Aumente em 150% a corrente de excita~ao e registre os novos valores
de corrente no estator, corrente de excita<;ao, Uexcitaryao e potencia
ativa.
Iestator = I, I A Irotor = 0,8 A Uexcitaryao = 144 V W =305 W
Nota
Sobre-excitado, 0 motor age como um capacitor para a linha.
23) Com os dados dos itens 21 e 22 complete a tabela, efetuando os
calculos necessarios:
Item VA Cos<p VA< Wcxcita~Ao Eficlencia
21 304,8 0,938 105,7 68,2 64,8%
22 419,2 0,73 286,5 115,2 60,7%
Nota
Percebe-se, com a analise dos resultados, que 0 motor sincrono pode trabalhar com
carga e ainda assim contribuir para 0 falor de potencia da linha.
24) Com 0,8 A de exci ta~ao aumente gradualmente 0 torque no e1etrodi~
namometro ate que 0 motor perea rota~ao e saia de sincronia. Anote a
valor desse torque e desligue a fonte trifasica imediatamente.
Pull out torque = 2,6 N'm, aproximadamente, para uma excitaryao de 0,8 A
& ............... ... .... ..... .. . ~~~l~i~.~S. ~~~~r!~~ ...... ...... ... ... ... ..... .... .
Importante
Se a motor atingiu a condiGao de pull out, deve ser destigado 0 mais rapido possive!.
25) Neste experimento, vamos partir corretamente 0 motor sinerono scm
carga e assumir 0 controle da exeital.;30 do rotor com intenc;:ao de
obler dados para construcao das curvas earacteristicas do motor
sinerono. Inicialmcnte monte 0 circuito representado na Figura 11.6.
Se tiver urn wattimctro trifasico, pode instala-lo em substituicao ao
monofasieo.
~----t-----~ Ar--, 220V 5
3F 60 Hz I'r'----->----------,
r--- -j W f-------,
Fonle de lensao
trifasjca
A
Fonle ajustSvel V
03120V cc
Reostalo
Chave do rotor
Figura 1l.7
A chaw do rOfor de lle estar
inicialmente aberta e a
reostafo com minima
resislenciu.
26) Com a chave do rotor aberta, reostato ajustado para minima res is-
tencia e fonte CC em 0 V, ligue a alimentacao trif<isica e acompanhe
o valor da corrente 11. 0 motor nesse instante e urn indutor puro para
a rede. Feche a chave do rotor e lentamente aumente a excitac;:ao,
aumentando a tensao da fonte CC que alimenta 0 rotor ate que a valor
da corrente no arnperirnerro do estator seja a menor possivel (lernhre
que essa corrente vai reduzir e depois aumentar se continuannos a
aurnentar a excitacao). Anote a potencia indicada no wattirnetro, a
corrente indicada no arnpenmetro do estator e no arnperimetro do
rotor.
Iestator = 0,18 A Irotor = 0,42 A
................................ :v:~~~~. :i~~~~~~ ....... .. ......... ........... ... §
Nota
Nesse instanle 0 motor esla como urn resistor para rede, pois fomecemos polencia
reativa pela excita~o e nao rnais absorvendo da rede. Se conUnuarmos a aumentar
a excilayao, notaremos urn aumento da corrente no eslator e 0 rootor passa a
consumir palencia reativa negaliva (ou fornecer positiva) da rede e comportar-se
como capacitor.
27) Volte a tensao de excita9ao a zero e a corrente do rotor (excita9clO)
tambem a O. Anote os valores de !estator, Irotor (excita/yclo), W e
tensao da rede. Ajustando a tensao de excita93o, para cada valor de
corrente de CXCita93.0 na coluna I da tabela, mer;a e registre Iestator,
Irotor (excitar;ao), W.
Iexcita~io (A) Iestator (A) W VA CO"" Ufonte
°
0,82 73 312,5 0,23 220 V
0,1 0,65 62 247,7 0,25 220 V
0,2 0,48 60 182,9 0,33 220V
0,3 0,26 56 99, 1 0,57 nov
0,4 0, 18 56 68,6 0,82 220 V
0,5 0,24 56 91 ,4 0,61 220V
0,6 0,37 60 141,0 0,43 220 v
0,7 0,54 63 205,8 0,31 220 V
0,8 0,7 71 266,7 0,27 220 V
28) Complete a tabela calculando os valores da potencia aparente (VA) e
o [ator de potencia (COSql).
29) Trace a curva de corrente do motor com os dados da corrente de
excitar;ao e 0 esiator.
;;
0,6 g
., 0,4
~
~ o~
o
Commie de excila~o(A)
~ ..... . ...................... . ~~~'~i~.~. ~~~(~!~~ ........... .. ....... ....... ... .
30) Trace a curva da corrente de excitar;:ao com relar;:ao ao fator de
potencia do motor.
1.00
.~ 0,80
0
'[ 0,60
-Ii 0,40
1l
& 0.20
0.00
°
0,2 0,4 0,6 0,8
Corrente de eKcila~ao (A )
31) Questoes relativas ao ensaio:
a) Aumentando a excitar;:ao do motor sincrono, com que tipo de
potencias ele trabalha com a rede?
b) 0 melhor [ator de potencia na maquina se deu com quanta de
corrente de excitar;:ao? Por que?
c) Os fatores de potencia com 0,1 A e 0,8 A de corrente de excitar;:ao
tern valores pr6ximos, mas qual a diferenya qualitativa entre eles?
d) Descreva como 0 motor aproveita as tres potencias envolvidas no
ensaio, que sao aparente, reativa e ativa .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~~~~~ ~i~~~~~~ . . . . . . .. . .. .. . . .... . ............ ~
1 4. Exercicios de fixa ao
1) Desenhe 0 esquema eletrico de uma maquina sincrona como gerador.
2) Desenhe 0 esquema eletrico de uma nuiquina sincrona ligada como
motor.
3) Por que 0 motor sinerono nao consegue partir como motor sinerono
sob carga?
4) Com 0 rotor aberte, corn resistor entre as tcrminais do rotor, au com
uma fonte CC em 0 V ligada aDs tenninais, 0 motor sinerono partiu
com caracteristicas de que tipo de motor?
5) 0 que pode seT feito para partir 0 motor sinerono sob carga?
6) Qual a grande vantagem de urn motor sinerono acionando uma carga
com rela~ao a outros motores assincronos?
@. ...... ... ..... ..... ... .... ... . ~a.~~i~.~. ~~~~r!~~ ...... ..... ... ... ............ . .
Motores de Passo e Servomotores
1 .1. Introdu,,:!!ii~o ______ _
A evoluyao tecnol6gica nao para. Maquinas sao desenvolvidas com
aspectos cada vez mais condizentes com as necess idades industriais e para isso
outros motores foram criados. Na industria autornotiva bra~os rob6ticos soldam
e parafusam com precisao, maquinas de produr;ao injetam a quantidade quase
exata de detcrminado produto nas embalagens, cirurgias sao feitas a dismncia
com auxfl io de instrumentos robaticos sofisticados.
Por estas e outras razoes os motores de passo e os servomotores sao
cstudados no ultimo capitulo. Eles estao presentes nas ferramentas e maquinas
high-tech citadas. Ainda sao maquinas extremamente intrigantes e sua
manutenyi'lo, muitas vezes, e realizada fora do Pais. E importante compreendcr
o seu funcionamento e estudar alguns aspectos para adquirir urn min imo
conhecimento e adequar-se as necessidadcs profissionais presentes e futuras do
mercado.
A princ ipal motiVal(80 para a crial(ao do motor de passo provavclmente roi
a necessidade de urn equipamcnto para posicionamento angular com melhor
precisao do que os sistemas com realimental(ao e corre¥ao de respostas
ap licados a posicionadorcs, utilizando motores de corrente continua aliados a
servomeeanismos.
o posic ionamento de motores de corrente continua cxige sistemas
eletronicos sofisticados com uso extremo de elctronica anal6gica e compli-
cados equacionamentos para cal ibrar os sistemas de controle. Com 0 advento
jt/Olores de Passo e Servomotores Q
.. •..•. ••.•.. •. . ... .. ... . .........•• . ....
. . .. .. .... . . ........••..• . . •..• •..... ..:::t::;;J
dos motores de passo, realizar 0 posicionamento angular e tarefa menos
complicada. Aliado a eletronica digital, 0 motor de passo tornou-se urn sistema
precise de posicionarnento, se comparado aos antigos posicionadores. N~o
existe a necessidade de realimenta.;ao e 0 trabalho com eletr6nica digital
simplifica a operaryao, se comparado com os sistemas com controle analogico.
Existem tres tipos de motor de passo, sendo os de ima permanente, os de
rclutancia variavel e os hibridos. Alguns aspectos Sao comuns aos tres motorcs,
como:
• 0 passo angular determina a precisao de deslocamento do motor.
Como passo angular podemos traduzir a angulo de deslocarnento pro-
vocado por urn unico pulso aplicado ao motor.
• A velocidade de dcslocamento e proporcional a frequencia de aplica-
Qao dos pulsos J6gicos ao motor.
• Normalmente 0 motor se mantem inerte, sem a necessidadc de freio
adicional devido ao ima permanente.
• 0 motor pode girar em baixa velocidade mesmo com carga.
Os angulos de passo mais comuns encontrados no mcreado e 0 numero de
passos necessarios para completar urna rota.;ao podem ser obscrvados na tabela
seguinte:
Angulo de passo
0,72
1,8
2,0
2,5
5,0
7,5
15
Passos para 3600
500
200
180
144
72
48
24
Para lima voila comptela, 360", com 11m
molar de passo de 0, 7]<> par passo, sao
necessarios 500 passos, islo e, 500 imputsos
nas bobillas do molar.
Quanto mel10r 0 lingllio de posso,
mais preciso 0 molar.
A velocidade de ponta de eixo do motor de passo depende da velocidade
com que sao aplicados as pulsos ao motor e do angulo de passo que esse motor
possui. Urn motor com 0,720 por passo, por exemplo, necessita de 500 passos
para urna vo lta completa. Se aplicada uma velocidade de 100 ms par passo,
essa volta completa dar-se-a em 50s.
0l. ...... ... .... .... ... ...... ... .'~~~~i~.~V. ~~~~r:~~ .... .. ........................ .
_ 1",,2.3. Motor de passo de ill1!Jlermanente
o motor de ima: pennanentc e constituido de urn rotor que, como 0 pr6prio
nome diz, e urn ima permanente de alta qualidade, e urn estatof, de 8IYO silicic
iaminado, em que estao instaladas as bobinas que van feecber os pulsos.
o motor de ima permanentc possui as seguintes caracteristicas:
• Todas as bobinas podem sec conectadas a urn ponto camum.
•
•
Movimentando manualmente 0 rotor, nota-se que ele tende a agarrar
devido ao ima perrnanentc.
o teste defi nitivo e abrir 0 motor, ve rifiear a ausenc ia de ranhuras e
que elc e urn im3.
o funcionamento do motor de ima pennanente e extremamente simples.
A intenlYao primaria e encrgizar as bobinas uma a wna de modo que elas
atraiam 0 rOlor, fazendo com que ele gire no mcsmo sentido au sequencia de
energiza~ao das bobinas. Observe a figura seguinte:
c
U
4~OrC
c~ L 2+
n
3 C
Acionando as bobinas em seqll{mcia,jazemos
com que 0 imd permallente no rotor
acolllpal/he a sequencia de ocionamento.
Nole qlle IOOas as bobinas possuelll um
ferminol C camuII! que pude ser interligado e
lIonna/mente vern ilflerligado inlemamenle.
Na figura notamos que 0 polo S criado na bob ina atrai 0 N do rotor e
rcpele 0 S, de modo que ocorrc urn passo no senti do hodrio.
Tendo em mente que os sistemas de acionamcnto desses motorcs sao
digi tais e que para os sistemas digitais cJassicos so existem duas possibilidades
ou dois niveis logicos, 0 (0 volt) e I (5 volts), podemos montar uma tabela
logica de acionamento desse tipo de motor de passo confonne a seguir:
.... .... .... ...... .... ... ~~~~~~~ ~e. ~~~~.~ ~;~~~~~~~~e~ .............. .......... §
Robina 1 Robina 2 Robina 3 Robina 4
I 0 0 0
0 I 0 0
0 0 I 0
0 0 0 I
Vma mudanrya na tabela e na sequencia de acionamento pode aumentar 0
torque desenvolvido pelo motor:
Robina 1 Robina 2 Hobina 3 Hobina 4
I I 0 0
0 I I 0
0 0 I I
I 0 0 I
Equipamentos domesticos, como impressoras, possuem motores de passo
de ima permanente bipolares (figura), cuja sequencia de acionamento das
bobinas exige urn circuito eletronico mais complexo. Sao compostos de duas
bobinas responsilVeis pelos passos do motor, mas exigem que a corrente nelas
seja invcrtida, necessitando de um circuito que injete corrente em urn sentido e
no sentido contnirio em uma bob ina de cada vez.
A tabela de acionamento desse tipo motor mostra que uma bobina recebe
corrente em urn sentido (1;0) e logo em seguida 0 sentido e invertido (0;1):
Hobina I Hobina 2
I 0 0 0
0 I 0 0
0 0 I 0
0 0 0 I
~ ........ . ..... . .....• . . ...... . ~~~~i~.a.s. ~~~~r:~~.~ . ........ . .... . .. . ....... . .... .
Circuitos integrados especificos disponfveis no mercado podem facilitar a
constru~ao de circuitos de controle para motores de passo. Podemos citar como
exemplos: ULN 2003, SAA 1027, L297 / L298 e 0 TL 376.
12.4. Motor de asso de relutincia variavel
Os motores de relutancia sao constituidos de urn rotor de ayO si licio
laminado de alta qualidade e urn estator em que ficam instaladas as bobinas
que fonnam 0 campo magnctico ao serem acionadas. 0 rotor desses motores
nao e urn ima pcnnanente. A caracteristica principal e que possuem suIcos ou
ranhuras com a finalidade de dar uma relutancia diferente a detenninadas areas
da supcrficie do material.
Vamos a urn exemplo nao veridico. apenas para explicar a finalidade da
varia~ao da re1utancia ao longo do rotor. Supondo urn motor, confonne a
figura, em que nao foram desenhadas as bobinas entre as bobinas 1 e 2, 2 e 3, 3
e 4, 4 e 1 para facilitar a visualiza~ao.
4
RanhuRl5 para impor
relutand as diferentes
dependenclo dl'l brea do
4 i1N1r' rotor alingidl! pel0 C2IT1po
,,/,
2
3
Pares: (1 ;3) e (2;4)
Comum
No exemplo da figllra temos um motor de
oito bobinas, qllatro niio desenhadas. A.f
bobinas com terminal I e 3 sao
acionadas j untas, assim como as bobinas
2 e 4, f ormondo 11m fluxo de norte a Sill.
o fluxo rnagnetico no estator d<i preferencia, como a corrente em
eletricidade, a menor relutancia. As ranhuras ou dentes no rotor aumentam a
relutancia nessa regiao, ja que 0 ar e 0 pior condutor magnctico. 0 campo
magnetico criado no estator for~a 0 rotor a posicionar-se mais adequadamente
para a passagem do campo (observe a posicionamento do rotor na figura),
alinhando 0 rotor. Os pares de bobinas em sequencia executam a mesrna tarefa.
inclusive as nao desenhadas. e temos a rota/yao do motor por passos.
o motor de passo de relutancia vari<ivel, par nao possuir ima pcnnanente,
pode ser reconhecido pela menor resistencia do eixo ao tentannos gir<i-Io
manualmente, mas para saber com certeza, e preciso abri-Io e verificar os
aspectos construtivos descritos.
Q
... ..... ... ..... ....... ... .................... .... ...... .... ... . , .. .. .. .... ... ~ Motores de Passo e Servomotores
12.5. Se omotor
Quando estudamos 0 motor sincrono no capitulo II , fo i feila referencia a
arualiza~ao tecnologica desse tipo de maquina e a adapta~ao para as novas
necess idades. 0 servomotor e urna ffiaquina sincrona especial projetada para
alender a necessidadcs especificas que urna maquina sincrona convencional
naQ atenderia.
Scudo urna maquina sincrona, 0 servomotor POSSU! um enrolamento
trifasico no estator, 0 qual nao foi projetado para seT ligado a rede trifasica
comum, mas sua fum;:ao e proporcionar ao motor caracteristicas especiais de
torque, velocidade e posicionamento. 0 rotor do servomotor tambem e
diferente do rotor do motor sincrono convencional. Ele e constituido de urn
conjunlO de imas pemlanentes e em urna extremidade e instalado urn gerador
de sinais para fomecer dados de velocidade e posicionamento. Para acionar 0
conjunto do estator, sao necessarios urn servocontrole
ou servoconversor,
painel eletronico para acionamento, controle e ajustes das variaveis do
servomotor.
Como podemos deduzir, 0 servomotor possui excelentes caracteristicas de
torque e rnais, exccJente possibilidade de posicionamento, seodo ideal em
aplica.yoes ern que e preciso eferuar a rota¥3.o controlada de urn eixo. Por
exemplo:
• 0 servomotor e utilizado em industrias alirnenticias para produ~iio de
pacotes de urn qui lo de urn detcrminado produto. Obtem-se detenni-
nado numero de rota.yoes necessarias para inserir no pacote certa
quanti dade de produto, praticamente constante, e corn isso urn
controle inicial do peso.
OutTa caractc:ristica importantc do servomotor c a alta vc10cidadc (por
volta de 4.000 RPM) com controle do numero de rotayoes e excelente torque,
perrnitindo aumento na produyao.
A manutem;:ao desses motores deve ser feita em ambiente especializado, ja
que 0 rotor e urn ima perrnancnte poderoso e se extraido do motor, alrai
residuos met31icos nas proximidades, alem de estar preso a ele 0 "resolver"
(gerador de sinais), que e urn dispositivo eletronico.
o circuito eletrico basico de instalay80 de urn servomotor pode ser
estudado com 0 auxilio da figura seguinte. Siga semprc as recomendayocs
constantes no manual do fabricante.
~ . ..... .. • . . • .. • ..•.. . . • ... . . ,,~~~I~i~.~S. ~~~t~i~~.~ . ...........•.... . .. . .. . .......
PE
R
S
T
W
Servocontrolador 11'
-
Cabos de controle ...
Bornes do
~ eee < y Setvomol
Servocontrolador ~
I I ~ ~
PE R 5 T U VWPE PEW
" "
h r
c •
~: "'--,
0---..;.1 , ,
o----V '
,--"
Prote¢o e S€cc(onamento Blmdagem eletromagnetlca
Objctivo: Identificar a sequencia de acionamcnto das bobinas de urn
motor de passo e verificar a forma primaria de aplica~ao de passos ao motor.
4
Equipamentos necessarios: urn motor de passo e uma pilha tamanho AA.
Procedimentos
1) 0 motor da figura possui cinco terminais, senda comum (c), tenninal
1, terminal 2, terminal 3, tennina14 e terminalS. Conforme podemos
observar, cstamos energizando com a pitha 0 terminal 2:
c I 1
C
;
Icl 0 ~s I' 0 +
A tendencia do bobina do motor
representado najigura e alrair 0 rotor
de modo que ete rotacione iz direita. ja
que ao alimentci-Ia com a pilha,
criamos urn polo suI na bobina.
3 C
. .. . ....... . .. . ......... ~~~~~~~ ~~.~~~~~.~ ~~~~~~~~~~s ............... . ........ ~
@
2) Se 0 motor se mover, der urn passo, marque 0 sentido desse passo e 0
terminal de modo a identificar mais tarde 0 primeiro terminal da
sequencia e prossiga para 0 item 3; senao, alimente outra bobina com
a pilha ate que 0 motor execute urn passo (iteml).
3) Em seguida e preciso obter outro passo do motor no mesmo sentido
do passo anterior. Mantenha 0 comum da pilha conectado ao comum
do motor e tente outro tenn inal. 0 passo obtido deve ter 0 mesmo
sentido de rotayao do primeiro.
4) Obtenha quatro passos consecutivos, sempre marcando as bobinas em
sequencia.
5) Execute 0 teste final fazendo e refazendo a energizayao de todas as
bobinas na sequencia marcada para testar 0 motor.
12.7. Exercicios de rlXa ao
1) Qual a motivayao para aplicayao ou utilizayao de urn motor de passo?
2) Quais sao os tipos de motor de passo existentes?
3) Qual a difereoya entre os motores de passo de ima permanente e
relutancia variavel?
4) Defina servomotor.
5) Em que caracteristica 0 motor de passo se assemelha ao servomotor?
6) Qual a finalidade do resolver instalado no servomotor?
Maqllinas Eletricas
... ..... ... .... .. .. ......... ............................................ .. ...
Instrumentos de Medi~i\o
A.I.Introdu 30
Este aneXQ tern como objctivo auxiliar 0 estudante quanta a entendimento
e precaurrao ao realizar conexoes cletrieas para mediyao de variave is em
maquinas eldricas.
Atuaimcnte, com a evolurrao da eletronica, instrumentos para mediy80 das
tres grandezas fundamentais (U, I e R) tendem a seT eletronicos, com isso
elimina-se, por facilidades tecnol6gicas, uma serie de procedimentos que
muitas vezes deveriam seT mantidos. Urn instrumento clctronico nonnalmente
possui ajuste automatico de escala e indicay80 de val ores negativos;
instrumentos instalados em paineis de maquinas nem sempre sao eletronicos e
exigem cuidados de escolha e instaiay8o. A regra geraJ e a seguinte: "antes de
energizar 0 circuito verifique se os instrumentos estao ligados corretamente".
A.2. Ampel,"imetro
Com cxemplos 0 intuito e despertar a aten~ao em rcla~ao a amperimetros
anal6gicos medindo intensidade de corrente em maquinas eh~tricas, seguindo
estes criterios de inspe~ao:
I) Corrente alternada ou corrente continua: deve-se verificar se a
intensidade de corrente a ser medida provcm de urn circuito em
corrente altemada ou continua. Instrumentos de corrente continua
calculam 0 valor medio da grandeza medida, enquanto instrumentos
de corrente altemada calculam a raiz media quadnitica (RMS) ou
valor eficaz. Medir corrente altemada com instrumento de corrente
continua pode resultar em falsa indica~ao de zero .
. . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . ~~~~~i~~. ~. -. ~~~· t~~:'.'~~~~~ ~e. ~~~j.9~~ ...... . . . . •.......... §
2) Polaridadc: quando urn ampe-
rimetro analogico e ligado a urn
circuito com corrente continua,
a polaridade desse instrumento
deve ser observada com rela~ao
ao circuito.
--+ + -
,-- -{A j-----,
+
Fonte Vcr;
FigumA.l
o fluxa de corrente pela amperimetro deve fluir do positivo para 0
negativo, obedecendo ao sentido convencional, portanto e preciso
analisar 0 sentido da corrente no circuito a ser instalado 0 amperimetro
e liga-lo adequadamente.
3) Fundo de esc ala: urn amperimetro analogico que mede a corrente
altemada de maquinas eletricas indutivas deve atender a certas
exigencias do circuito, medindo a corrente nominal do equipamento,
mas tambem indicar ou ao menos suportar a corrente de partida dele,
que e algumas vezes maior que a corrente nominal. Como regra
pnitica tomamos a corrente nominal do motor a ser medida que deve
ser indicada a urn ter~o da escala do amperimetro. Exemplo:
Urn motor possui corrente nominal 7 A e a relar;ao Ip/In e 5 (corrente de
partida sobre nominal). Que fundo de escala escolher para a amperimetro
analogico do paincl?
Resposta: Se Ip sobre In e igual a 5, a corrente de partida e aproximada-
mente 35 A. 0 amperimetro, portanto, deve ter urn fundo de escala que suporte
esse pica de corrente sem comprometer a indicatyao de corrente nominal.
A
7
~50
FiguraA.2
Se olundo de escala adequado mio permitir
uma indica~iio apropriada da corrente
nominal, reduza a fonda de escala, mas
certifique-se de que a instmmenfo utilizado
foi cons/ntido para suportar a pica de
corrente acima da escalo.
Alicates ampcrimetros sao excelentes opyocs para mediyao esporadica e
podem ser utilizados para mediyao de corrente nos ensaios com uma vantagem
enonne sobre os amperimetros convencionais: nao necessitam de conexao
eletrica corn 0 circuito. 0 campo magnetico gerado pela corrente que passa em
€!t ... ..... .... .. ... ..... ........ ~a:.l~i~.~. ~~~l~:~~~ .............................. .
urn condutor e proporcional ao valor dessa corrente, portanto, utilizando essa
teoria, 0 alicate amperimetro mede a variayao de campo ao redor do condutor
em que sc descja saber a corrente e indica em uma cscala, sem nenhum contato
eletrico com 0 circuito.
A.3. VoItimetro
Alguns procedimentos de seguranca utilizados para 0 amperimetro sao
validos para 0 voltimctro.
1) Tensao alternada ou tensAo continua: deve-se verificar sempre a
qualidade da lensao que se pretendc medir. Se medinnos tensao
altemada com urn voltfmetro de tensao continua, como mencionado
para 0 amperimetro,Mais conteúdos dessa disciplina
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