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CAPÍTULO 2 - FUNDAMENTOS GERAIS
2.1 - Tipos de Máquinas Elétricas
As máquinas elétricas rotativas funcionam sob o princípio da conservação
eletromecânica de energia e podem ser classificados em motores e geradores.
Gerador : Recebe energia mecânica de uma fonte primária (Ex.: Turbina Hidráulica) e
a converte em energia elétrica.
Motor : Recebe energia elétrica de uma fonte de alimentação e a converte em energia
mecânica.
OBS: C.A.= corrente alternada. C.C.= corrente contínua.
2.2 - Máquinas de C.A.
Como a energia elétrica é distribuída em C.A. as máquinas de C.A. são mais
usadas.
Síncronas ( velocidade em exato síncronismo da fonte
de C.A.).
Máquina de C.A.
Assíncronas (velocidade ligeiramente diferente do
ou síncrono).
de Indução
2.3 - Máquinas de Corrente Contínua
Necessitamos de energia elétrica em corrente contínua (retif. e baterias). São de
construção mais complexa, custando mais que as máquinas de C.A. e assim são menos
usadas.
No Brasil, as máquinas C.C. ainda são bastante usadas em trens e metrôs, pois o
motor de C.C. tem a sua velocidade facilmente controlada.
Ex: trens operam com 3000V e uma locomotiva pode possuir 6 motores de 386,7 C.V.;
metrôs operam em 750V com 4 motores de 150C.V.
2.5 - Sistemas de C.A.
a) Introdução
A corrente alternada se caracteriza pelo fato de sua amplitude variar com o
tempo. Esta variação normalmente é senoidal e no caso do sistema elétrico do Brasil a
frequência desta variação é de 60Hz (ciclos/segundo).
As mesmas definições de valor instantâneo, valor máximo, valor eficaz ,
descritas para a tensão, também são válidas para corrente instantânea :
i t I t
I
I
MAX
eficaz
MAX
( ) = .sen( − )
ω ϕ (A)
(A)
Normalmente, quando se fala em corrente e tensão, sem se explicar mais nada,
por exemplo, V=127V ou I=10A, está se referindo a valores eficazes.
Defasagem (ϕ) : é um ângulo (em graus ou radianos) que mede o atraso (ϕ é negativo)
ou o avanço (ϕ é positivo) da forma de onda da corrente em relação à forma de onda da
tensão (que é a referência). cosϕ = fator de potência.
b) Sistema de corrente alternada monofásico:
Neste sistema existem somente 2 terminais, sendo que um deles funciona como
retorno.
c) Sistema de corrente alternada trifásico :
Este sistema é formado pela ASSOCIAÇÃO DE 3 SISTEMAS
MONOFÁSICOS Va, Vb, Vc, com uma defasagem entre eles de (^120)
o
. Neste sistema
podem existir 3 ou 4 terminais.
V V t
V V t
V V t V t
a MAX
b MAX
o
c MAX
o
c MAX
o
.sen
.sen( )
.sen( ) .sen( )
ω
ω
ω ω
240 ou V 120
Um sistema trifásico é chamado de equilibrado quando os valores de Va, Vb e
Vc forem equilibrados.
Tensão de fase : É a tensão em cada sistema monofásico.
Tensão de linha : É a tensão entre dois sistemas monofásicos.
a.) Ligação em triângulo (∆) :
Bobinas de um motor trifásico de indução
Ligação em Y
V
V V
AN
AB AN
tensão de fase
V tensão de linha
(V)
AB
Ligação em ∆
V
AB
= tensão de linha
Sistema em Triângulo equilibrado
tensão de linha = tensão de fase = V V V AB BC CA
corrente de linha = I I I A B C
corrente de fase = i
I I I
A
A B C
= = =
; i ; i B C
b.) Ligação em estrela (Y) :
Bobinas de um motor trifásico de indução.
b.) corrente de fase =
corrente
i i i a b c
de linha
c.)
d.)
Tensão na bobina = 220V = tensão de fase.
Tensão da fonte trifásica = tensão de linha.
Tensão de linha = 3. 220 = 381 V.
2.7- Conceitos Básicos
a.) Conjugado
O conjugado T, também chamado de torque ou momento é a medida do esforço
necessário para se girar um eixo :
T = F. r(N.m)
Rede = 380/220 V
(Lins)
F = força em Newtons.
r = distância do braço de alavanca em metros.
S.I.
[ N ] Kg
m
s
2
1Kgf = 9,8N
exemplo 7. Na figura, dado P = 20N e o diâmetro do tambor é de 20cm. Se o
comprimento R 2
da manivela for de 40cm, qual deve ser o força aplicada na manivela.
T = F R = F R = P = N
1 1 2 2
.. F 20
1
T = 20.0,1 = 2N.m
T = F R N
2 2
. 2 = F. 0 , 4 F 5
2 2
∴ O comprimento da manivela multiplicou a força.
b.) Energia ou Trabalho realizado ou Potência Mecânica
A potência mecânica P exprime a rapidez com que a energia ou trabalho
mecânico é realizado.
P
t
τ
(J / s) ou (W)
motor( 2 ) P ou P
P normalizada.
2 2
2
W CV
CV Potência
c.) Energia e Potências Elétricas :
Um motor ligado a uma rede de alimentação absorve energia elétrica e a
transforma em energia mecânica. A rede deve estar apta a fornecer a potência aparente
S, necessária para a operação do motor. O consumo de energia elétrica está ligado com
a potência ativa P. A corrente total circulante é ligada com S.
Em um sistema monofásico :
S P P V I
AP APARENTE
= = :. (VA), potência aparente.
S é o produto da tensão pela corrente total.
Em um sistema trifásico :
S V I
V I
FASE FASE
LINHA LINHA
( VA)
S = 3 ( VA)
COSϕ = F.P. =
P
S
P(W) representa trabalho realizado (aquecimento, energia mecânica, iluminação, etc.).
Q indutivo representa a criação dos campos magnéticos necessários para operação do
motor.
S (potência aparente - VA); P (potência ativa - W); Q (potência reativa) que no motor é
reativa - indutiva.
d.) Rendimento : É a relação entre Potência Mecânica Útil entregue ao eixo do motor e
a Potência Elétrica Ativa em watts solicitada ou consumida pelo motor da rede de
alimentação.
η(% ) = ×
P
P
MEC
ATIVA
exemplo 9. Um motor elétrico trifásico com um rendimento de 85% absorve uma
corrente de linha eficaz de 10A e opera com uma tensão de 220V em triângulo.
Se a potência consumida é de 1800W, pede-se:
a.) A potência aparente.
b.) O fator de potência.
c.) A potência mecânica disponível no eixo.
d.) Desenhe o esquema do sistema de alimentação conectado ao motor.
Na especificação e seleção de motores pode ser importante a avaliação da
quantidade de torque disponível (numa polia ou eixo de motor) para se executar um
determinado trabalho mecânico a uma certa velocidade.
A equação que relaciona a potência fornecida com o torque externo e a
velocidade é dada por :
P T
MEC
=. ω (W)
onde T = torque (N.m)
ω = rotação em rad/s.
exemplo 10. Qual o torque disponível no eixo do motor de 7,5 CV com o eixo girando
a 1760 rpm?
velocidade do eixo ou velocidade do rotor - n rpm r
ω
π
ω
π
ω
r
r
MEC
n
rad s rad s
T
P
T Nm
r
CAPÍTULO 3 - MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO
3.1- Características Construtivas
As máquinas elétricas rotativas são constituídas de 2 partes :
a.) O Estator : consiste de um núcleo cilíndrico, laminado e ranhurado, que é colocado
em uma carcaça em forma de bobinas e estão interligadas de forma a obter a tensão
desejada.
Nesse tipo de rotor os fins de cada fase são levados através do eixo à anéis
coletores, de modo que, por meio de escovas fixas no estator da máquina, pode-se ter
acesso ao circuito elétrico do rotor. Desta forma, pode-se inserir resistências externas
em série com o rotor, o que possibilita o controle da velocidade e do conjugado.
3.2- Princípio de Funcionamento
O funcionamento do motor de indução baseia-se no princípio da formação de
um campo magnético produzido pelos enrolamentos do estator.
n s
= velocidade síncrona do campo
n r
= vel. do campo girante do rotor
motor de 2 pólos
O fluxo magnético girante aparece no estator devido as correntes alternadas
circulantes nas bobinas do estator. Este fluxo magnético do estator se desloca em
relação ao rotor, cortando as barras do rotor induzindo tensões (Lei de Faraday) que
farão circular correntes também alternadas no rotor. Como as correntes do rotor tem
polaridades contrárias do estator (Lei de Lens), cria-se também no rotor um campo
magnético girante que será atraído e arrastado pelo campo girante do estator.
Desenvolve-se assim um conjugado mecânico no rotor levando o mesmo a girar.
A velocidade do rotor (n r
) é sempre menor que a velocidade do campo girante
do estator (n s
), também chamada velocidade síncrona. Se o rotor fosse levado até a
velocidade síncrona (n r
= n s
), não haveria mais velocidade relativa entre os campos
girantes do estator e do rotor e conseqüentemente a tensão induzida cessaria, não
haveria mais corrente no rotor, o conjugado mecânico diminuiria e o rotor
automaticamente perderia velocidade (n r
<n s), então, novamente o rotor iria adquirir o
conjugado.
A operação do motor girando sem carga denomina-se operação em vazio. A
medida que se coloca carga no eixo a tendência da velocidade é diminuir para
compensar o conjugado resistente da carga.
A operação do motor com carga é denominada operação em regime
permanente.
A diferença entre a velocidade síncrona e a velocidade do rotor é chamada de
velocidade de escorregamento (n e
n e
= n s
- n r
n s
= velocidade síncrona
n r
= velocidade do rotor.
Assim, o escorregamento s é definido por:
