Motores Elétricos: Tipos e Aplicações

Motores Elétricos
 Motores Elétricos são máquinas destinadas a
transformar energia elétrica em energia mecânica. O
motor de indução é o mais utilizado de todos os tipos
de motores elétricos.
 Os tipos mais comuns de motores elétricos são:
 Motores de Corrente Contínua
 Motores de Corrente Alternada
 Possuem duas partes importantes:
 Estator – Enrolamento fixo na carcaça.
 Rotor – Enrolamento que gira fixado ao eixo do motor.

Motores Monofásicos
 Motores de baixa potência utilizados em bombas,
compressores, furadeiras, serras, cortadores de grama, etc.
 São compostos por 2 enrolamentos:
 Enrolamento Principal (ou de trabalho)
 Enrolamento Auxiliar (ou de partida).

Motores Trifásicos
1. Permite alterar sentido de rotação: horário e anti-
horário.
2. Pode ser ligado em duas tensões diferentes 220/380V.
3. Possui 3 bobinas internas defasadas fisicamente e
eletricamente em 120°. Os terminais das bobinas são
designados pelas letras U, V, W e X, Y, Z.
4. Pode ser ligado em Triângulo (220V) ou estrela(380V).

Motores Trifásicos e Monofásicos
Motores monofásicos necessitam do capacitor de partida e este fica, em geral,
na parte superior da carcaça do motor. Motores trifásicos não tem capacitor de
partida. Estes tem uma caixa de bornes para a conexão elétrica.

Questionário
 O que é um motor elétrico?
 Qual é o princípio de funcionamento de um motor?
 Quais são as duas principais partes de um motor?
 Quais são os enrolamentos de um motor monofásico e
para que servem?
 Quais são as duas principais características de um
motor trifásico?
 Quais são os modos de ligação de motores trifásicos?

Partida Direta de Motor Trifásico
com selo

Partida direta com reversão e
intertravamento

Partidas de Motores Trifásicos
Os motores elétricos alimentados em CA, apresentam uma alta
corrente de partida que causa instabilidade no sistema elétrico
local além de danificar internamente as bobinas devido a uma
elevação de temperatura que ocorre consequentemente. Tal
avaria pode ser evitada com o uso de vários recursos como:
• Partida Compensadora.
• Partida Estrela/Triângulo.
• Partida com Soft-Start.

Partida Compensadora
 A partida compensadora ou chave
compensadora reduz a corrente de
arranque, evitando sobrecarregar a linha de
alimentação. Deixa, porém, o motor com
conjugado suficiente para a partida.
 A tensão na chave compensadora é reduzida
através de um autotransformador trifásico
que possui geralmente taps de 50%, 65 % e
80% da tensão nominal.
 Durante a partida alimenta-se com a tensão
nominal o primário do autotransformador
trifásico conectado em estrela e do seu
secundário é retirada à alimentação para o
circuito do estator do motor.
 A passagem para o regime permanente faz-se
desligando o autotransformador do circuito
e conectando diretamente a rede de
alimentação o motor trifásico.

Partida Estrela/Triângulo
 Para diminuir a corrente inicial, a partida estrela-triângulo utiliza
o recurso de partir o motor chaveado para maior tensão (estrela)
mas recebendo uma tensão menor. Depois do tempo especificado
pelo temporizador, o motor é chaveado para a menor tensão
(triângulo).

Partida com Soft Start
 A chave de partida que leva
o nome de soft-starter é um
equipamento eletrônico
responsável por estabelecer
um controle eficaz na
partida de motores
alimentados pela rede
elétrica em CA (corrente
alternada). Sua aplicação é
adequada em termos
funcionais ao emprego
junto a motores do tipo
gaiola de esquilo (ou
motores de indução
trifásicos) e substitui
plenamente qualquer outro
método utilizado como
regulação de arranque.

Unidades de Potência
 As unidades de potência de motores elétricos mais
utilizadas são:
 HP (Horse-Power) equivale a 746 Watts
 CV (Cavalo-Vapor) equivale a 736 Watts
 Fórmula para determinar a corrente de trabalho de um
motor elétrico.
 Onde: i = Corrente do motor
V = Tensão de trabalho
𝜂 = Rendimento do motor
cos (𝜑) = Fator de Potência
𝑖 𝐴 =
736. 𝑃(𝐶𝑉)
3. 𝑉. 𝜂. cos 𝜑
𝑖 𝐴 =
746. 𝑃(𝐻𝑃)
3. 𝑉. 𝜂. cos 𝜑

Exemplo de Cálculo
 Um motor apresenta potência no eixo igual a 5 CV,
tensão de 380 V, frequência de 60 Hz, rendimento 0,80
e fator de potência 0,90. Qual será a corrente (I) por
ele solicitada da rede?
 𝑖 =
736 .5
3 .380 .0,8 .0,9
7,77A

Exercício
 Calcule a corrente de um motor de 3 CV em 220V com
rendimento (𝜂) de 87% e fator de potência (cos 𝜑) de
0,89.
𝑖 𝐴 =
736 𝑥 3
1,73 𝑥 220 𝑥 0,87 𝑥 0,89
𝑖 𝐴 = 7,49A

Para quê saber a Corrente do motor?
 Para dimensionamento
dos dispositivos de
proteção e manobra
como:
 Disjuntores e Fusíveis
 Contatores
 Relês de proteção
 Fiação

Fiação
 A bitola de um fio condutor deve ser especificada de
acordo com a corrente máxima.

Relé Térmico (ou de sobrecarga)
É o dispositivo elétrico destinado a proteger motor,
das sobrecargas de corrente. O princípio de
funcionamento do mesmo é a corrente do motor
circulando em uma resistência envolvendo uma
lâmina bimetálica.
Quando esta corrente do motor supera a corrente
ajustada no relé, o bimetálico comutará os contatos
NA e NF (por efeito da dilatação da lâmina
bimetálica) desligando o motor através do circuito
de comando.

Relé Térmico (ou de sobrecarga)

Controle de Potência
 Os dois principais tipos de equipamentos para controle de
potência são:
 Controlador de Potência
 Inversor de Frequência
 O controlador de potência é utilizado para o controle de
resistências elétricas. Seu controle baseia-se na redução da
tensão.
 Motores elétricos não devem ser controlador por redução
da tensão pois quando a tensão é reduzida nos
enrolamentos, o controle não é preciso. O equipamento
utilizado é o Inversor de Frequência que faz o controle, não
pela tensão, mas pela frequência, ou pelo tempo em que os
enrolamentos recebem esta tensão.

Velocidade Síncrona em RPM
 A velocidade síncrona do motor é definida pela
velocidade de rotação do campo girante, a qual
depende do número de polos do motor (P) e da
frequência (f) da rede, em Hertz. E é dado pela
fórmula:
 Exemplo: Qual é a rotação síncrona em RPM de um
motor de 4 pólos em 60Hz?
 ns = (120 x 60) / 4 => 1800rpm

Placa de identificação de Motor

Questionário
 Porque motores trifásicos necessitam de controle de
partida?
 Quais são os tipos mais comuns de partidas de motor?
 Qual é a melhor opção de partida de motor?
 Quais são os tipos de controle de potência mais
utilizados?
 Qual é a diferença entre controlador de potência e
Inversor de frequência?
 Qual a velocidade síncrona de um motor de 6 pólos em
50Hz?

Controle de velocidade de Motores CA
 O dispositivo que controla a velocidade de motores é o
inversor de frequência. Para executar este controle, o
inversor é composto dos seguintes circuitos:
 Retificador de entrada.
 Microcontrolador
 Drives de saída.
 O inversor retifica a tensão de entrada (CA/CC) e
utiliza esta tensão CC como fonte e para os circuitos do
microcontrolador e energia para os drives.

Trabalho
 Trabalho se refere a uma força aplicada por uma
determinada distância:
 W = F . d
 Trabalho (W) é igual à força (F) aplicada em uma
determinada distância (d).
 A unidade de Torque é o N.m. (Newton/metro).

Exemplo
 Qual é a energia gasta (ou o trabalho) para levantar um
balde de 20 N por 25 metros?
 W = F . d
 W = 20 . 25
 W = 500 N.m
 Qual é a energia gasta (ou trabalho) para içar um balde
de 50 N por 20 metros?

Torque
 Também chamado de Momento, Torque ou Binário. É a
medida do esforço necessário para fazer girar um
determinado eixo.
 Torque (ou Momento) é igual à força (F) aplicada em uma
determinada distância (d). A unidade de Torque é o N.m.
(Newton.metro).
T = F . d

Exemplo
 Qual é o torque em um parafuso onde está sendo
aplicada a força de 20 newtons com uma chave de 40
cm?
 T = F . d
 T = 20 N . 0,4m
 T = 8 N.m

Conjugado
 Para tratarmos do conjugado do motor, utilizaremos a
equação de torque desta maneira:
 C = F . d (N.m)

Atenção!
 A unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a
mesma que usamos para o trabalho (W) e o conjugado,
(C) contudo, tratam-se de grandezas de naturezas
diferentes, que não devem ser confundidas.
 W = F . d
 C = F . d
 ambas utilizam a mesma unidade – o N.m.

Energia e Potência mecânica
 A potência mede a “velocidade” com que a energia é
aplicada ou consumida.
 A potência exprime a rapidez com que esta energia é
aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total
pelo tempo gasto em realizá-lo. Logo a potência conta com
outra variável que é o tempo, assim:
 P = potência em watts (W)
 F = Força em Newtons (N)
 d = distância em metros (m)
 t = tempo em segundos (s)

Exemplo:
 Se usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde
de 20 N por 25 metros do exemplo anterior em 2,0
segundos, a potência necessária será:
 P = F . d / t
 P = 20 . 25 / 2,0
 P = 250 watts
 Como 1 HP é igual a 746 watts, um motor de ½ HP
servirá bem.

Exercício 1
 Calcule a potência e a corrente de um motor trifásico
na rede de 380V (𝜂 = 88 % e cos𝜑 = 0,85) para erguer
uma carga de 920N por 20 metros em 5 segundos.
 C = F . d => 920 . 20 => 18.400 N.m
 P = C / t => 18.400/ 5
 P = 3680 W
 CV = 3680/736
 CV = 5 CV

Exercício 2
 Calcule a potência (em CV) e a corrente de um motor
trifásico na rede de 220V (𝜂 = 85 % e cos𝜑 = 0,84)
para erguer uma carga de 800N por 25 metros em 8
segundos.
 T = F . d => 800 . 25 => 20.000N.m
 P = C / t => 20.000/8
 P = 2500W
 CV = 2500/736
 CV = 3,4 CV
 I = 9,2A

Esteiras Transportadoras
 Uma esteira
transportadora consiste em
duas ou mais polias que
movimentam uma superfície em
que determinados materiais ou
objetos são transportados. Ela é
muito usada, principalmente na
mineração.
 Esteiras transportadoras são
muito usadas no transporte de
sacarias e também na área da
construção podendo-se
transportar os materiais (areia,
brita, cimento) até o local da
construção.

Velocidade linear
 Para determinar a velocidade com que uma esteira
funciona, utilizamos a rotação do eixo do motor ou do
redutor como segue:
 Onde:
 v = velocidade linear (em cm/s)
 R = raio do rolete da esteira
 rpm = rotação do eixo do motor ou do redutor

Exemplo
 O rolete de uma determinada esteira gira a 40 rpm.
Calcule a velocidade linear da esteira considerando que
o rolete da esteira tem um diâmetro de 10cm.
 v = (6,28 . 5 . 40)/60
 Velocidade linear da esteira = 20,9 cm/s

Calcule
 O rolo de uma determinada esteira vira a 50 rpm.
Calcule a velocidade linear da esteira considerando que
o rolete da esteira tem um diâmetro de 8cm.
 v = (6,28 . 4 . 50) / 60
 v = 20,94 cm/s

Redutores de velocidade
 Muitas aplicações exigem o controle da velocidade do
motor em baixa rotação e em algumas situações, a
redução de rotação utilizando um inversor de
frequência, não é suficiente.
 Esteiras transportadoras trabalham com velocidades
da ordem de 10 a 30 cm/s.
 Para um motor de 4 polos controlado por um inversor
recebendo uma frequência de 5 Hz vira a:
 n = (120. 5) / 4 => n = 150 rpm.
 Uma esteira com esta rotação e rolete de 10cm de
diâmetro tem uma velocidade de 78,5 cm/s

 Para contornar este problema utiliza-se redutores de
velocidade mecânicos junto com o inversor de
frequência.

 Redutores de velocidade são especificados com respeito à
relação de redução da entrada pela saída.
 Um redutor de velocidade 10:1 significa que a saída será a
entrada divida por 10.
 Exemplo: O eixo de um motor vira a 1800rpm. Qual é a
saída se for utilizado um redutor 10:1? R: 180rpm.
 Quando a velocidade é reduzida, o torque é multiplicado na
mesma proporção.
 Exemplo: Se este motor tiver 1CV sem a redução, ele passa
ter 10 CV na saída do redutor.
 Portanto, além de reduzir a velocidade, o redutor aumenta
o torque.

Exercício
 Calcule a velocidade linear de uma esteira cujo motor
de 5CV e 4 polos, está sendo controlado por um
inversor a 25 Hz, e utilizando um redutor de
velocidade 10:1. Considere o rolete da esteira com 8
cm de diâmetro.

 Calculando a rotação: ns = (120.f)/P
 ns = (120.25)/4 = 750 rpm
 Cálculo da velocidade: v = (6,28 x 4 x 750)/60
 V = 314 cm/s
 Com o redutor 10:1, vf = 31,4 cm/s

Fator de Potência
 A energia elétrica é composta de duas partes: energia
ativa (trabalho) e energia reativa (magnetizante). A energia ativa
realiza o trabalho útil, a energia reativa não. Sua única função é
fornecer campos magnéticos requeridos pelas cargas indutivas.
 Em circuitos de corrente alternada (CA) puramente resistivos, as
ondas de tensão e de corrente elétrica estão em fase, ou seja,
mudando a sua polaridade no mesmo instante em cada ciclo.
Quando cargas reativas estão presentes, tais como capacitores ou
condensadores e indutores, o armazenamento de energia nessas
cargas resulta em uma diferença de fase entre as ondas de tensão
e corrente. Uma vez que essa energia armazenada retorna para a
fonte e não produz trabalho útil, um circuito com baixo fator de
potência terá correntes elétricas maiores para realizar o mesmo
trabalho do que um circuito com alto fator de potência.

Potência Ativa
 A potência ativa (P) é a capacidade do circuito de
produzir trabalho em um determinado período de
tempo.
 A potência ativa é medida em watts (W).

Potência Reativa
 A potência reativa (S) é a medida da energia armazenada
que é devolvida para a fonte durante cada ciclo de corrente
alternada. É a energia que é utilizada para produzir os
campos elétrico e magnético necessários para o
funcionamento de certos tipos de cargas como, por
exemplo, retificadores industriais e motores elétricos.
 A potência reativa é medida em volt-ampére (VA).
 Energia Reativa não produz trabalho, mas é importante
para criar o fluxo magnético nas bobinas dos motores,
transformadores, geradores entre outros equipamentos. A
utilização de energia reativa deve ser a menor possível. O
excesso de energia reativa exige, por exemplo: condutor de
maior secção e transformador de maior capacidade, além
de provocar perdas por aquecimentos e queda de tensão.

Potência Aparente
 Devido aos elementos reativos da carga, a potência
aparente é o produto da tensão pela corrente do
circuito, será igual ou maior do que a potência ativa
dependendo da potência reativa.

Triângulo das Potências
 O triângulo retângulo que representa a relação entre as
potências aparente (S), ativa (P) e reativa (Q) é o
triângulo das potências

Triângulo das Potências
 para se obter 1 kW de potência ativa quando o fator de
potência é unitário (igual a 1), será necessário 1 kVA de
potência aparente (1 kVA = 1 kW ÷ 1).
 Se o de fator de potência for menor, será necessária a
transferência de uma maior quantidade de potência
aparente para se obter a mesma potência ativa.
 Por exemplo, para se obter 1 kW de potência ativa com
fator de potência 0,8 será necessário transferir 1,25 kVA de
potência aparente (1 kW = 1,2 kVA × .0,8)

As Potências e o copo de cerveja
 VA = Potencia total consumida pelo motor.
 W = Potência paga pelo consumidor.
 Var = Potência paga pela concessionária.

Fator de potência
 As perdas de energia aumentam com o aumento da
corrente elétrica transmitida. Quando a carga tem fator de
potência menor do que 1, mais corrente é requerida para
suprir a mesma quantidade de potência útil. As
concessionárias de energia estabelecem que os
consumidores, especialmente os que possuem cargas
maiores, mantenham os fatores de potência de suas
instalações elétricas dentro de um limite mínimo, hoje 0,92
estuda-se aumentar para 0,96 caso contrário serão
penalizados com cobranças adicionais.
Engenheiros frequentemente analisam o fator de potência
de uma carga como um dos indicadores que afetam a
eficiência da transmissão e geração de energia elétrica.

Potência em sistemas trifásicos
 Em sistemas trifásicos a potência ativa (P) será:
 P = V x I x 1,73 x F.P.

Exercícios
 Calcule qual será a potência fornecida pela rede para um
motor trifásico de 380V @ 15 A com F.P. de 85%.
 Calcule qual a potência aparente necessária para 1 kW de
potência ativa com fator de potência 0,8.
 será necessário transferir 1,25 kVA de potência aparente
(1 kW = 1,25 kVA × .0,8)

Questionário
 O que é fator de potência?
 Qual a diferença entre VA e W?
 Qual é o tipo de carga que devolve uma parte da
potência para a fonte de energia?
 Como se chama a potência que é devolvida à fonte de
energia?
 Quais são as três potências de uma máquina elétrica
indutiva? Desenhe o triângulo das potências.
 Qual é o componente utilizado para fazer correção do
fator de potência de motores?

Aterramento Elétrico
 O aterramento elétrico possui quatro funções principais:
 1ª - Descarregar as cargas acumuladas na máquina (em
suas carcaças) para a terra.
 2ª - Facilitar o funcionamento dos dispositivos de
proteção, como disjuntores, chaves, fusíveis, entre
outros).
 3ª - Proteção quando ocorre uma descarga atmosférica;
onde o aterramento elétrico transfere essa energia para
um caminho alternativo para a terra.
 4ª - Eliminar ruídos (sinais espúrios) e interferências
eletromagnéticas (EMI).

Esquemas de aterramento – TN-S
 TN-S - Esquema em que os condutores de proteção
elétrica (terra) e neutro encontram-se conectados em
um mesmo ponto na alimentação do circuito, porém
distribuídos de forma independente por toda a
instalação.

Esquemas de aterramento – TN-C-S
 TN-C-S - Esquema em que os condutores de proteção
elétrica (terra) e neutro encontram-se conectados em um
mesmo ponto na alimentação do circuito e distribuídos em
parte da instalação por um único condutor (que combina as
funções de neutro e terra) e em outra parte desta mesma
instalação através de dois condutores distintos.

Esquemas de Aterramento – TN-C
 TN-C - Esquema em que os condutores de proteção elétrica
(terra) e neutro encontram-se conectados em um mesmo
ponto na alimentação do circuito e distribuídos por um
único condutor, combinando as funções de neutro e terra
por toda a instalação.

Esquemas de aterramento - TT
 TT - Esquema em que o condutor neutro é aterrado em um
eletrodo distinto do eletrodo destinado ao condutor de
proteção elétrica. Desta forma as massas do sistema
elétrico estão aterradas em um eletrodo de aterramento
eletricamente distinto do eletrodo de aterramento da
alimentação.

Medição de Aterramento
Método da queda de potencial
 Este método é recomendado para medições por meio
de equipamentos específicos, por exemplo, o terrômetro.
O método consiste basicamente em fazer circular uma
corrente por meio de um circuito compreendido pela
malha de aterramento que queremos saber o valor da
resistência ôhmica de aterramento, um trecho da terra e
um eletrodo auxiliar de corrente. Simultaneamente deve-se
medir a tensão entre a malha e o terra de referência (terra
remoto) por meio de uma sonda ou eletrodo auxiliar de
potencial.

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