- 1. 3 E 3 Geraldo Ca",..... Teoria e EnsBios "'81::",ICAO f o ~
:I: fo "f ~ III c:J !l 0 =... a o ! 1 ~ Eo 'ti :: c 'li III ~ ~
...ADA 11{1
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2. Maquinas EhHricas Teoria e Ensaios EDITORA AALIADA
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3. Seja Nosso Parceiro no Combate aCopia lIegal A c6pia ilegal
ecrime. Ao efeluala, 0 infrator estara cornelendo um grave erro,
que einibir 8 produr,:ao de obras fiterarias, prejucficando
prolissionais que serAo 8tingidos pelo crime praticado. Juntese a
n6s nesta corrente contra a pirataria. Diga nao ac6pla ilegal. Seu
Cadastro EMuito Importante para Nos Se voce nao comprou 0 livra
pela Intamet, ao preenener e remeter a frcha de cadastro constante
no final desta publica~o, voce passara a receber Infol1Tl8yOOs
sabre nossos la~a mentos em sua area de prefer!ncia. Conhecendo
melhor nossos leitores e suas pre/erencias, vamos produzir titulos
que aten dam suas necessidades. Obrigado pela sua escolha. Fale
Conosco! Evenluais probtemas re/erenles ao COIlteUdo desle livro
serao encaminhados ao(s) respectivo(s) autor(es) para
esclaracimenlo, excetuando-sa as duvidas qua dizem respeito a
pacotes de soflwares, as quais sugarimos que sejam encaminhadas aos
distribuidores a revendedores desses produtos, que eslao
habilitados a prestar lodos os esclarecimentos. Os problemas 56
podem ser enviados por: t , E-mail: [email protected] 2. Fax:
(11) 2097.4060 3. Carta: Rua sao Gil, 159 Tatuape CEP 03401-030 Sao
Paulo - SP Maquinas Eletricas 4. Geraldo Carvalho do Nascimento
Junior Maquinas EII~tricas Teoria e Ensaios 41Edicao Revisada Sao
Paulo 2011 - Editora Erica Uda.
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ronforme lei 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 iens " 2e 3da Lei 019.610, de 19.06.1998. Lei
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Nascimento Junior, Geraldo Carvalho do Maquinas eletricas: leona a
ansaios I Garaldo CaNaJho do Nascimento Junior. - 4. ed. - SAo
Pauto: Erica. 2011. Bibliogralia ISBN 97885365-0126-0 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
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www.edlloraerica.com.br C00-621.31042 621.31042 ~ .. .... "..
"...... . .. .......... .~~~t~i~~.~~~t~.iC:::.... ......
..........."......... 6. 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
7. .....______......"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 aminha 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 .. ... ... .... .... ..... ...... ......... .......... .....
.. ........... ... .......... . 8. Capitulo 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 1.1O.
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.
Circuito 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
9. Capitulo 3 - Transformador
Trifasico............................................................................
57 3.1.
LntrodUl;:ao........................................................................................................
57 3.2. Aspectos construrivos.....
..................................................................
57 3.3. Classes 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
funcionamento.................
............................................................. 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 .......
.......... .............................. ......
......................... 10. 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 aRede Monofasica ......................... 153
8.I.lntrodu~ao ...................... ................
..................... 153 8.2. Motor universal: aplicavoes ......
................................................... 153 8.3. Motor
universal: principio de funcionamento.....................
............ 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. Disponibiliza~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
11. Capitulo II Motor 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
fixac;ao.....................................................................
..222 Capitulo 12 Motores de 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
fix3C;ao.........................................
........................................... 230 Apendice A
Instrumentos de Medilj:3o
.......................................................................
231 A.I. Introdur;:ao.................... .................
........................................................ 231 A.2.
Ampcrimetro .....................................
...................... .................................... 231
A.3. Voltimetro.............. ..............
.................................. .............................
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 Motores 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..............................'-!~~~;~~.~!~/:-.;~~~...............................
12. 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 basico, 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 leitor uma serie de
ensaios preparados com an, e sua unidade no Sistema Internacional
eo weber (Wb). No CGS a unidade e 0 maxwell (lMx ~ 10-8Wb) . 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. Material
",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 ecafcu/ada,
utilizando a lobe/a 00 {ado, do seguinteJanna: JI = WXJIO Se 0
malerialferromagm!tico utilizado Jar chapa deferro de exce/enle
qua/idade. (eremos: pr "" 8000 No vaclloJlO == 4"x/O- 7 r ml A
Porfalllo, JI ""wx JlO p==o,O/OrmIA Dbservar;i'i.o: Valorcs para 0
SI. Magnelismo e Eletromagnetismo f2i... ................. ... ~
23. 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 e0 tesla (T), no CGS eo
gauss (IG ~ 10-4 T) . o fluxo magnetico pode ser calculado pela
equac;ao: e0 fluxo em weber NoCGS: B - gauss A-crn2 - 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 2x ~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 ede 56,SN, aproximadamente 5,8 Kgf.
CL..............................~~~~i~.~S.~~~t~.i~~~.. ......... .
. ... . .. ... ...... . 24. 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
eletricas, mas isso ealga 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 eoutro ramo da fisica, 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 elctricas
no material e veremos que cargas ectricas em movimento 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 cientistas
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 indicaCao de uma bussola, a qual
estava proxima de urn circuito eletrico. Para provar a relay30
entre e1etricidade e magnetismo, ele se utilizou de urn circuito
parecido com represcntado na Figura 1.7: Corrente ekHrica ,---~N:
Campo produzido Figura 1.7
.........................~~~~~i~"!.~~.~~~l~~~~~~~i~~~.
................ . .... 25. Quando 0 interruptor eacionado, 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 93% 440 +
12 +20 D oiamento de transformadores Objetivo: Fomecer nocyoes de
como eexecutado 0 enrolamento amador de transfonnadores de baixa
teosao, os chamados pequeoos transfonnadores. &
..............................~~~~;~.~s.~~~~/:i~~~...............................
56. 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) FME 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 rolo 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) Tenninado 0 secundario, cobrimos com papel
kraft, soldamos cabos flexiveis as pontas de FME de saida e entrada
do transfonnador.
,..........................:~~~~~~~~I~~~~~~~~~~~~c~ . . . ... . ..
................ .B 57. h) A ultima etapa inclui testes minimos
para verificar se seu transfor- rnador pode receber tensao e
realizar a funao a que ele se destina. Para isso realizamos testes
como isoia3o, continuidade. resistencia ohmica das bobinas e ensaio
de reia30 de transfonnaao. Voce deve ter notado que a seao dos
condutores utilizados para enrolamento de rnotores e
transfonnadores edada em fraao de milimetro. Para executar medidas
nesses condutores e determinar sua se8o, utilizamos urn instrumento
chamado micrometra. Com 0 micrometro podemos medir 0 diametro de
finissimos tios magneticos csmaitados, consultar a tabela do
fabricante e determinar sua se30 em AWG. Existem micrometros
mecanicas e os mais modernos, que sao digitais, os quais agiiizam
extremamente a mediao em produao, pois tem 0 resultado 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 ede 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 especificaoes: potencia do secundario = 100 VA, 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 ....-... ..._ .. ........... ...... .... ...
.................. .... .......... 58. 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 feitas, e a partir destas podemos estabelecer
padroes de liga.y3o para 0 transfonnador trifasico e chama-los de
liga930 estreia, ligay30 triangulo etc. H0 HlT f= Fe X0 Xl L H2 P l
X2 l Figuro 3.1 H3 3t:::== X3 L h is enrolamentos primarios e Ires
secundarios, cada qual em uma coluna do elllreferro do
trunsformador. as terminais do primarioforam idenlificados com a
letra H (0110 lensiio), 0 secundario com a fetra X (baixa rensiio).
Transformador Trifasico f'5i...... ....... .... .....
............................ .......... ... ... ........... - ~ 59.
Sendo 0 transformador trifasico urn conjunto de tres
transformadores monofasicos, inseridos no mesmo nueleo de ferro,
ccorreto 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 60. 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 e0
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 Totalmente protegido contra poeira .Tabela 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.. 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. J8
JEFigura 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 niiofor,
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 aoutra. 11) Interligue as colunas 1 e 2 ja polarizadas
com a coluna 3, como demonstra a Figura 3.17. ]88 JFigura 3.17 Mera
a teusiio entre as eolunos 2 e 3, confonne ajigura 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, ehom 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 H1, H2 e 113 0 secundario eomoXI, X2 eX3. &
Maquinas EMtrieas ..... .. ..... ..... ............................
........ .... ..... ..... ..... ... ... 72. 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 ligaes do
transfonnador, desligue a alimentayao. Mantenha 0 transfonnadof
energizado apenas enquanto estiver realizando medies. 1) Teste cada
urn dos esquemas de liga((ao, anote a tensilo 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 11164
rcspectivamcntc em volts UL=220 UL~1I1 UL=I 27 UL- I90 UF- 127
UF063 UF- 127/63 UF- l 11164 ........................... ..
.~~a.~s(~~~,~~~~~.~~~~i~'~............ .. ... . .... . ... B 73.
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 valores 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 valores 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, 0risco de descarga efetrica eaftissimo. 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:~~~.
................. 74. 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 fica 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 secunddrioforam fechados em e:,trela 110 exempio. Se
houver disponibilidade de tres transformadores monofasicos com
rclayao de transformayao, impedancia percentual e defasagem angular
seme- Ihantes, epossivel 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
trifasica de 220 V com tensao de fase 127 V. . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .T~a.,~s!~~~~~~~~.~~~~~i~~. ... . . .. .. . .. . .
.. . . . .. . .... j) 75. 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 dois transformadores trifasicos em paralclo? 8) Descreva 0
ensaio par golpe indutivo.
0L..............................~~~~i~.~S.~:~t~.i~~~.._............................
76. 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 ferromagnetico
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 cobre e consequente aumento no rendimcnto. 0 aspecto
comercial de urn autotransforrnador para uso domiciliar pode seT
visto na Figura 4.2. Figura 4.1 Figura 4.2 Obviamente h --+ +-
lOA Figura 4.3 Em outro exemplo, se desejamos uma potencia de 300
VA na saida, a entrada deve suprir a futura dernanda. Portanto,
para urn transfonnador de 300 VAli i0 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 VAl48 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 eraro de ser observado em transfonna-
dores e autotransformadores de procedencia duvidasa. Figura 4.4
&
..............................W:~~~i~I.~S.~:~~r!~'a:...............................
78. A aplicac;ao de autotransfonnadores eindicada 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
aplicada 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 ca economia, outra a simplicidade de urn
autotransfonnador ajustavel, Figura 4.5. Nonnalmentc, por questao
fisica do equiparnento, 0 enrolamento ebobinado 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 VARlAC. Urn ponto
irnportante e que mesmo em equipamentos comercializados 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
79. ____....;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,
eutilizado 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. E6bvio 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 teosao para seT aplicado ao voltimetro. 0 voltirnetro
possui escala de 0 a 13,8 KV proporcional abaixa 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 comand6las 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 e2000 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 ~ ............... .....
.................... ................. ..... ..... .... .. .... .
80. para 5 A temos urna corrente reduzida em sua saida, mas
equivalente acorrente 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 anominal
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 emaior e a corrente transit6ria suportada mais
ampla. Os manuais de fabricante geralmcnte vern com todas as
especificac;;oes necessarias ao projeto e epossivel 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
81. 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
efornecida pelof 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 4.1J Sendo bI urn botao de
leitura que, ao ser pressionado, permite que a corrente do
sccundario do TC chegue ao ampcrimetro, possibilitando 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 ..... ........ ... .........
................................. ..... ............. 82. 4.5.
Ensaio: re u1m:iio de tensiio em transformadores 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 transformadores com valores diferenles e
reatancias lambem diferentes como carga. Apenas refaga as labelas e
os graficos de acordo com seus equipamentos. Aanalise 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 sccundario
(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...... ... ... ..... ...
...... .~ 83. 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 aplicada.
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 primario (rnA) I
secundario (rnA) V secundario (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~~~......... . .
.. .. .... . . . . ... 84. 7) Repita os procedimcntos constantcs
nos itens 2 e 3, agora para cargas capacitivas, e preencha a Tabela
4.3. ZL (ohms) I primario (rnA) I secundario (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~. ....... . . ... . .......... . ..
85. 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 etransfonnador
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!~~~............................... 86.
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 cpossivel 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~~.~~..................... . . . ..... . .... 87.
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 88. 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 bobina, 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 bobina, 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 aplicado na
extremidade superior, como no estagio 1. Com isso temos uma
repetirrao do estagio 1, em que a corrente aplicada abobina 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 89. 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 1ou 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 eurna base
estruturada para aplicar nos desafios que vao surgir, pais teremos
de lidar com tennos mais tccllicos e fenomenos urn pouco mais
complexos, 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~~~. . ...
, ... . .......... . ... .... 90. A melhor maneira de conhecer as
partes componentes de uma maquina CC evisualizando-as, Figuras 5.6
e 5.7. Figl/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 ea nome
dado aparte 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...... ... ..... ...
.............................................................~ 91.
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 ecomo
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. oenmlamenlO shunt do estatorpos.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 eformado pOl' lIIuirus espiros de jio de menor
.se~iio. enquwllo 0 enrolame/llo serie eforll/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,
criando na annadura uma for~a contraeletromotriz (FCEM). No que
isso eimportante? 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 afor~a
contraeletromotriz temos a equar;ao: I ~ (FEM - FCEM) / R
@L............................ ~~~I~i~.~.~~~t~.i~~.~........ .
................ 92. 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
aannadura e com a FCEM gerada na armadura pelo campo magnetico do
estator cortando a armadura. Anote isso! Importante Se urn motor
estiver ligado ecom determinada rolagao, essa rotaQao tern relagao
com a corrente Que circula na armadura. Como acorrente Que circula
na armadura 9resultado 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 aarmadura 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 aFEM. Essa farya deve estar sempre
presente no motor Cc. Para evitar acidenles e prejuizos
desnecessarios, vamos estudar as formas 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 aalimenfar;i1o. Pode-se
Shunt Vee inserir 11m reostato em serie com 0 shunt " D2 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 93. 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 e0 grande atrativo desse
tipo de ligacao. Se reduzirrnos, atraves de urn reostato, a tensao
no enrolamento shunt, temos aumento de velocidadc, mas isso
eextremamente perigoso. Oeve-se tomar 0 cuidado de nunca ahrir 0
shunt, sob 0 risco de 0 motor atingir velocidade muito alta,
impondo riscos 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~.~.~~~~!~~~.,.............................
94. 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 aplicac;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 ....... ..... ..
............... .................................................
95. o motor einicialmente 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 rcduzida, opera com
ligayao compound. Para a estudo tcorico da maquina CC usamse
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 (Wb) x I(A) em que K, a constante do motor,
edefinida por: &
..............................~~~~i~~.~~~~r!~~~...............................
96. 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 valor de a depende do tipo de enrolamento. Para cnrolamentos
imbricados, a eigual ao nfunero de polos. A tensao gerada na
annadura pode ser calculada por: Eg(V)=Kx 0,25 CV I CV ~ 736W 9)
Qual a potencia absorvida da rede para realizar 0 trabalho 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 ................. .....
................ ... ............... ...................... ~ 105.
II) Compare a corrente de partida com a corrente nominal aplena
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 valores 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 valores 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 aplicada ao motor no dinamometro, leia a corrente, a tensao
e a velocidade e registre.
9.-..............................~~~'~i~.a:~.~:~t~.i~~~...............................
106. 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.. ... ... ............ ~ 107.
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: 1partida = 120/8,3 = 14,5 A 12) Calcule
a potencia desenvolvida pelo motor shunt no ensaio em W e eVa urn
torque de 1N.m. P(W) = RPM x N.m x 0,105 = 170 W => 0,23 CV 1CV
= 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 aplena carga no cnsaio e determine
quantas vezcs cia emaior 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 emostrada na Figura 5.15. Primeira- mente repita os
procedimentos de 1 a 4 do ensaio 5.9.3, motor serie, para
certificar-se da direyao de rotayao que deve atender anecessidade
do dinamometro. ~..... . .. .. ... . .. . .. .
.......~~~~i~.~S.~:~~r.j~~'............................... 108. A
ll}----------~__{A}_,____.+ E F 3 r---'-"'lir~ 4 Reostdto serie v
V~ Shunl Figura 5.20 2) Retome a fonte a 0 e desliguea. 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
ajustandoa 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 dinamometroJ 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 1510 120 0,7 1,42 1400 120 1 1,79 1300 120
1,4 2,2 1210 Tabelo 5.3 ...... . . .. . ....... . ... . ..........
. .~~t.o.r.~~....... ... .......... .. . . ..... . .. ~ 109. 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 regularyao 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 ~1 5Q 12) Com a
resistencia do circuito calcule a possivcl corrente de partida se
aplicannos 120 V ao motor nestas condiryoes: [ partida ~ 120115 ~ 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~~~. ..... . ... . .
. ..... . .... . .. . .. . 110. 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'.~.~...... . .. . . . .... . . .
.... . ....... ~ 111. 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 aarmadura (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 ......... .... ....
.................................... .... ....... ..............
112. Gerador CC ___""6,,,.1"-.. Introdutyiio Tude que foi estudado
em motor CC vale, de certa maneira, 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 espiras do enrolamento da annadura (ou
vice-versa) quando ele, por a~ao mecanica, girar dentro do campo.
............................?~~~~o.r.~.~.................................B
113. Campo magnetico mais espira em movimento resultam em indw;:ao
eletro- magnetiea, que resuha em ddp que Clevada ao meio externo
peto eonjunto de cscovas mais comutador. A Figura 6.1 represcnta
urn gerador CC elementar. Ao aplicannos forrya mecanica amanivela,
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. Naftgura podemos observar que GbobinG
enconlra-se perpelldicuiannenle em relat;iio 00 campo. Temos remiio
gerada oV indicada no vo/lime/ro e 110 grafteo para esse esuigio. A
tensao gerada no cstagio reprcsentado na figura e0 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!~~~...............................
114. 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
eparecida com a regra para rnotores, 0 que muda ea 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 sentido. Essa larefa e responsa- bilidade do
comutador, que neste caso funciona como urn retificador medinico.
..................................?~~~~~r.~.~.................................B
115. 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. S