Teoria de maquinas eletricas

1. MÁQUINAS
ELÉTRICAS II

2. Motores Monofásicos de pólos fendidos
Este motor possui uma espira presa na sapata polar, chamada de espira de sombra, que ao ser
submetida ao campo magnético alternado produzido no estator, irá produzir um outro campo
magnético induzido, que irá se subtrair ou se somar ao campo do estator, a depender se o campo
estiver aumentando ou diminuindo.
Com este fenômeno irá ocorrer um movimento do campo do estator, induzindo assim um
conjugado que o colocará em movimento.
Características
- Baixo conjugado de partida
- Baixo conjugado de funcionamento
- Baixo rendimento
- É utilizado em pequenos eletrodomésticos
Motor Universal
Este motor consiste em um motor série CC, modificado, para trabalhar em CA.
A modificação básica é que o enrolamento de campo do motor universal tem menos espiras que o
do motor série CC.
São motores de pequena potência, geralmente abaixo de 1 CV, e geralmente possuem
engrenagens para reduzir a sua velocidade quando estão a vazio.
Alto conjugado – baixa carga – alta velocidade
Suas características são semelhantes às do motor série CC, porém, o seu rendimento é bem
menor.
Transformadores ou trafos

3. Definição.
É todo equipamento elétrico que transfere potência de um circuito para um outro, sem que haja
contato elétrico entre eles. A transferência de potência é feita por indução eletro-magnética.
Alguns conceitos importantes.
- Enrolamento (circuito) primário – é o circuito que está ligado à fonte de alimentação.
- Enrolamento (circuito) secundário – é o circuito que está ligado à carga.
- Enrolamento de Alta Tensão (AT) – é o enrolamento que tem alta tensão nos seus terminais (a
maior tensão).
Série com o enrolamento auxiliar, os enrolamentos serão percorridos por duas correntes defasadas
entre si de 90°, fazendo aparecer dois campos magnéticos igualmente defasados de 90° entre si.
A interação entre esses dois campos resultará em um campo girante no momento da partida, que
provocará no rotor gaiola um conjugado motriz que o faz sair da inércia e alcançar uma velocidade
considerável.
Porém, como tanto o capacitor como o enrolamento auxiliar não poderão ficar em funcionamento
permanente, é necessário se utilizar de um dispositivo de interrupção do circuito deste
enrolamento, chamado de interruptor centrífugo, para que assim que o motor alcance uma
velocidade próxima à nominal (cerca de 60% a 70%), este dispositivo retire o capacitor do circuito e
também o enrolamento de partida.
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
- Motores Assíncronos;
- Motores Síncronos (Rotor Gaiola, Rotor Bobinado e Monofásicos);
- Transformadores.
Campo Girante
Todo motor CA precisa ter, no seu estator, um campo girante.
1. Campo Girante Magnético Trifásico.

4. • Observa-se que aparece um campo magnético uniforme e girante no interior do estator
como resultado da interação dos campos magnéticos pulsantes e estacionários das
bobinas do motor.
• A velocidade do campo girante é diretamente proporcional à freqüência e inversamente
proporcional ao número de pares de pólos.
• ηs = (60.f) / p
• A velocidade do campo girante é chamada de velocidade síncrona ou de sincronismo,
porque ela não tem variação, a não ser que haja alteração na freqüência.
Motores Síncronos.
São motores cujo rotor gira à mesma velocidade do campo girante do estator.
Princípio de funcionamento:
Como nos motores trifásicos, é produzido no estator um campo girante; então, se colocarmos no
interior deste motor um rotor bobinado alimentado com corrente contínua, devido à interação entre
os campos magnéticos, aparecerá um conjugado motor no rotor, fazendo com que este gire à
mesma velocidade do campo girante do estator.
Estes motores necessitam de dispositivos especiais para sua partida. São eles:
Um motor assíncrono de pequena potência (em geral, 5% da potência do motor síncrono) para
acionar o rotor e tirá-lo da inércia, levando-o a uma velocidade próxima da síncrona. Só então será
alimentado o estator, fazendo aparecer o campo girante.
Inversão do sentido de rotação no motor trifásico.
Para invertermos o sentido de rotação de um motor trifásico se deve inverter duas fases, e apenas
duas fases, da alimentação do estator.
Isto ocorre porque, ao invertermos duas fases, nós invertemos o sentido do giro do campo girante
do estator.
Motores Assíncronos.
São motores cujo rotor gira a uma velocidade um pouco menor que a velocidade síncrona.
Princípio de funcionamento:
O motor assíncrono ou de indução possui um rotor composto de condutores curto-circuitados,
formando o que chamamos de rotor “gaiola de esquilo”.
Quando este rotor é colocado no interior do estator, as linhas de força do campo girante vão cortar
os condutores (ativos) do rotor, fazendo aparecer nos mesmos uma f.e.m. induzida, uma corrente
induzida e um campo magnético induzido. A interação entre o campo girante do estator e o campo
induzido do rotor provocará um conjugado motriz que fará o motor funcionar.
Como o campo do rotor é induzido, a sua velocidade nunca alcançará a velocidade do campo
girante, pois, caso isso acontecesse, cessariam a f.e.m. induzida, a corrente induzida e o campo
induzido. A diferença entre a velocidade do campo girante e a velocidade do rotor é chamada
escorregamento. A sua equação é:
S% =(ηs – η . 100) / ηs, onde:
S% = escorregamento, dando em percentagem;
ηs = velocidade síncrona;
η = velocidade assíncrona.

5. • Na partida dos motores síncronos, o escorregamento é máximo (S = 100%), portanto, a
f.e.m. induzida, a corrente induzida e o campo induzido do rotor também serão máximos.
• Este campo do rotor é tal que se opõe ao campo do estator de tal forma que haverá um
enfraquecimento no campo do estator. Para compensar este enfraquecimento, o estator
requer da rede uma alta corrente, chegando a ser 6 a 10 vezes o valor da corrente
nominal.
Partida auto-suficiente do motor síncrono.
Os motores síncronos atuais usam o processo de partida auto-suficiente que é descrito da seguinte
forma:
O rotor destes motores possui um rotor tipo gaiola e um tipo bobinado de pólos salientes.
Este motor irá ter uma partida como se fosse um motor assíncrono, pois, na partida, o rotor
bobinado não estará alimentado com corrente contínua e seus anéis coletores estarão abertos.
Se nesta condição alimentarmos as bobinas do estator, o campo magnético girante induzirá, no
rotor gaiola, uma corrente e um campo magnético que tenderá a acompanhar o campo girante,
fazendo com que o rotor saia da inércia e chegue a uma velocidade próxima da síncrona.
A partir deste ponto, são alimentadas as bobinas do rotor CC, de tal forma que será produzido um
campo magnético no rotor, independente do campo do estator, fazendo então com que o rotor
alcance a velocidade síncrona, passando a funcionar como um motor síncrono.
Motores Monofásicos.
O campo em um motor monofásico, se houver apenas uma bobina, será um só – campo magnético
estacionário e pulsante -, ou seja, não há campo girante.
Porém, quando colocamos um rotor gaiola-de-esquilo no interior deste motor e o acionamos
manualmente, verifica-se que ele permanece girando e aumenta a sua velocidade até alcançar a
rotação nominal. A explicação para este fato é dada pela teoria de que o campo estacionário é
composto de dois campos girantes em sentidos opostos (um gira em sentido horário e outro em
sentido anti-horário). Assim sendo, o rotor, ao ser acionado, irá acompanhar o campo magnético
girante que está naquele sentido.
- Com capacitor de partida.
Com o capacitor de partida, estes motores possuem dois enrolamentos: um chamado principal,
composto de muitas espiras de fio fino, e outro chamado de enrolamento auxiliar ou de partida,
composto de poucas espiras de fio mais grosso.
Características.
- Alto conjugado de partida, porém menor que no motor trifásico.
- Baixo conjugado de funcionamento.
- Baixo rendimento.
- A corrente de funcionamento é mais alta do que a de um motor trifásico de mesma potência.
Motor monofásico a duplo capacitor.
Neste motor existem dois tipos de capacitores, um eletrolítico, que é usado na aprtida, e outro a
óleo, que é usado durante o funcionamento normal.
O enrolamento auxiliar deste motor, como ficará sendo alimentado mesmo em funcionamento,
deverá ter mais espiras de fio mais fino que o enrolamento auxiliar do motor com apenas um
capacitor.

6. Este motor irá partir com capacitor eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar, e após alcançar
a velocidade próxima da nominal, o interruptor centrífugo irá inserir o capacitor a óleo no circuito,
fazendo com que se tenha sempre dois campos defasados neste motor.
Características.
- Alto conjugado de partida.
- Alto conjugado de funcionamento.
- Bom rendimento.
- A corrente de funcionamento é maior do que em um motor monofásico com capacitor eletrolítico.
Motor monofásico com resistência de partida.
Os enrolamentos principal e auxiliar são construídos de tal forma que as impedâncias entre eles
tenham uma defasagem entre os ângulos considerável. Esta defasagem provocará uma
defasagem das correntes e dos campos magnéticos produzidos por estes enrolamentos. Esta
defasagem entre os campos dará o torque necessário para a partida do motor.
Quando este motor atingir uma determinada velocidade, o interruptor centrífugo irá tirar o
enrolamento auxiliar e este motor funcionará como um motor monofásico normal.
Características.
- Baixo conjugado de partida.
- Baixo conjugado de funcionamento.
- Baixo rendimento.
- A corrente de funcionamento é a igual a de um motor monofásico com capacitor eletrolítico.
S2 = Potência aparente no secundário
U1 / U2 = I1 / I2 = α (Relação de transformação)
Princípio de funcionamento.
I1 / I2 = N2 / N1
Ae = I1 . N1 = I2 . N2
Um transformador possui dois enrolamentos: um chamado primário, o qual será ligado à fonte de
alimentação, e outro chamado secundário que será ligado à carga.
Quando aplicamos uma tensão no primário de um trafo aparecerá uma corrente, que ao atravessar
as espiras do enrolamento, produzirá um campo magnético no núcleo.
Este fluxo, ao passar por dentro do enrolamento secundário, induzirá neste, uma f.e.m., e se
estiver alimentando uma carga, aparecerá também uma corrente no secundário.
Como a potência que entra no transformador tem que ser igual à que sai, então, os ampère-espiras
do primário têm que ser iguais aos do secundário.
Baixa tensão: até 1000 V = 1 kV
Média tensão: de 1 kV até 128 kV
Alta tensão: de 128 kV até 500 kV
Extra (ultra) tensão: de 500 kV até 750 kV
• Enrolamento de Baixa tensão: é o enrolamento que tem baixa tensão (a menor tensão) nos
seus terminais.
• Acoplamento fraco ou frouxo: acoplamento cujo meio, por ser mau condutor, dispersa o
campo magnético.

7. Chama-se de acoplamento fraco quando o núcleo dos enrolamentos e o meio entre eles é
constituído de material não-ferro-magnético (ex.: ar, mica, plástico).
Neste caso, a transferência de energia de um circuito para o outro é muito pequena, ou seja, há
grande perda de energia devido à dispersão magnética.
Acoplamento forte:
É quando o núcleo e o meio que envolve os enrolamentos é constituído de material ferro-
magnético.
Neste caso, a transferência de energia de um circuito a outro é praticamente total, ou seja, existe
apenas uma pequena perda ou dispersão magnética (de 2% a 3%).
Nos trafos com acoplamento forte se pode desprezar as perdas e considerar que:
S1 = S2, onde:
S1 = Potência Aparente no Primário
S2 = Potência Aparente no Secundário
Transformadores Trifásicos
Os tranformadores trifásicos são compostos por três enrolamentos primários e três secundários,
envolvidos em um único núcleo, ligados em estrela ou triângulo (delta), independentemente.
Um banco de transformadores monofásicos:
Um transformador trifásico:

8. Um banco de trafos monofásicos deve ser tal que cada um deles deve ter:
• A mesma tensão no primário e no secundário;
• A mesma potência;
• As polaridades aditivas.
Tipos de ligação
Primário
Secundário

9. Chamam-se tap’s às derivações no enrolamento primário capazes de reduzir a influências
das oscilações de tensão, a fim de se manter constante a tensão no secundário.
Componentes do trafo
Buchas -> têm a função de receber a tensão e transferi-la para os enrolamentos, como também
têm a função de isolar as “partes vivas”. São feitas de porcelana,e, por isso, são muito frágeis.
Qualquer pancada pode fazê-la trincar, e, conseqüentemente, inutiliza-a.
Óleo isolante -> é derivado do petróleo, tem como função a isolação de partes vivas e o
resfriamento dos enrolamentos.
Radiadores -> têm a função de fazer a troca de calor entre o óleo e o ambiente.
• A corrente elétrica é inversamente proporcional à temperatura.
Ventiladores -> Auxiliam na refrigeração.
Relê de gás -> têm a função de analisar a quantidade de gás (em geral, gases inflamáveis)
dissolvida no óleo.
Sílica – gel -> retira a umidade do transformador. Ela impede a entrada de mais umidade e auxilia
na “respiração” do trafo.
Chaminé de alívio -> alivia a pressão do gás dentro do trafo, no caso de uma combustão.
Transformadores para Instrumentos
• Transformadores de Corrente (TC’s)
São transformadores especiais ligados em série com a carga, que tem como característica básica
a corrente no secundário padronizada em 5 A.
Logo, sua relação de transformação será α = I1 / 5, ou sej,a para uma determinada corrente no
primário I1, tem-se uma corrente no secundário de 5 A.
Os primários destes transformadores têm pouquíssimas espiras (1 ou 2 espiras), sendo que,
habitualmente, o próprio condutor ou barramento serve como primário.

10. Obs.: É expressamente proibido abrir o secundário de um TC enquanto ele estiver com carga.
 Os TC’s têm potências padronizadas em 12,5 VA, 15 VA e 25 VA.
Eles são utilizados para alimentar instrumentos ou relês que necessitem de informações de
corrente.
• Transformadores de Potencial (TP’s)
São transformadores cujo secundário tem a tensão padronizada em 115 V.
Eles são utilizados para alimentar instrumentos ou relês que necessitem de informações de tensão.
Eles são sempre ligados em paralelo com o circuito.
Simbologia (do Diagrama Unifilar)
 Para TC’s:
 Para Tc’s ou trafos:
Tipos de rotores de motores de indução
 Rotor gaiola de esquilo: é composto de barras de alumínio curto-circuitadas em suas
extremidades ou anéis. Tem baixíssima manutenção, pois é bastante robusto. Não permite
nenhum acesso às barras condutoras. Essas barras são enviesadas, para dar continuidade
ao movimento e produção do campo magnético, ou seja, para tornar o movimento mais
uniforme, diminuindo as vibrações, prolongando a vida útil deste motor.
 Rotor bobinado: é composto de enrolamentos trifásicos que são ligados a anéis coletores
no próprio eixo do motor (fechado em estrela). Tem uma considerável manutenção (das
bobinas, escovas, etc). Ele permite acesso externo ap enrolamento rotórico, sendo o mais
comum a inserção de bancos de resistências ao circuito do rotor, a fim de limitar a corrente

11. de partida e/ou controlar a velocidade de rotação. Durante o funcionamento normal, os
anéis coletores estarão curto-circuitados.
Reatância Capacitiva
Xc = 1 / ω . C ( Ω )
Equação da tensão: v (t) = Vmáx . sen (ωt)
Equação da corrente: i (t) = Imáx . sen (ωt – 90°) = i (t) = (Vmáx / Xc) . sen (ωt – 90°)
Dado o circuito abaixo, calcule Xc, Imáx, Ief e i(t):
Circuito RLC Série
i(t)² = Ir² + Il²
i(t) = √ Ir² + Il²
Z² = √R² + Xl²
Z = Vef / Ief = Vmáx / Imáx
Esta é a impedância.

12. A impedância é a oposição à passagem de corrente, quando num circuito resistivo –
indutivo.
Quando temos um circuito RL em série, a divisão da tensão aplicada pela corrente do
circuito dará uma grandeza com a dimensão da resistência, a qual chamamos de
impedância.
QUESTIONÁRIO
1. DESCREVA O FUNCIONAMENTO DO MOTOR MONOFÁSICO COM CAPACITOR DE
PARTIDA.
2. CITE AS FUNÇÕES E AS CARACTERÍSTICAS DOS CAPACITORES UTILIZADOS NO
MOTOR MONOFÁSICO COM DUPLO CAPACITOR.
3. CITE TODO OS TIPOS DE MOTORES MONOFÁSICOS ESTUDADOS.
4. DESCREVA O FUNCIONAMENTO DO TRANSFORMADOR.
5. DEFINA:
A) ENROLAMENTO PRIMÁRIO;
B) ENROLAMENTO SECUNDÁRIO;
C) ENROLAMENTO DE ALTA TENSÃO;
D) ENROLAMENTO DE BAIXA TENSÃO;
E) TRANSFORMADOR ABAIXADOR;
F) TRANSFORMADOR ELEVADOR.
6. DEFINA TRANSFORMADOR DE POTENCIAL E DE CORRENTE, CITANDO AS SUAS
UTILIDADES.

13. 7. UM TRAFO, TRIFÁSICO, DE TENSÃO NOMINAL 13,8 KV PARA 380/220 V, DEVE
ALIMENTAR TRÊS MOTORES CUJAS CORRENTES NOMINAIS SÃO 150 A (CADA UM),
QUANDO ALIMENTADOS EM 380 V. CALCULE:
A) A RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO;
B) A POTÊNCIA DO TRANSFORMADOR;
C) O NÚMERO DE ESPIRAS NO PRIMÁRIO, SE O NÚMERO DE ESPIRAS NO
SECUNDÁRIO É DE 600 ESPIRAS;
D) A CORRENTE NO PRIMÁRIO.
8. UM TRAFO DE 4,6 KVA, 2300/115 V, 60 Hz, POSSUI UMA RELAÇÃO DE ESPIRAS DE
2,5V/ESPIRAS. PARA ESTE TRAFO, CALCULE:
A) A RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO, SE O TRAFO FOR USADO COMO ELEVADOR OU
ABAIXADOR.
B) O NÚMERO DE ESPIRAS DO LADO DE ALTA E DO LADO DE BAIXA TENSÃO.
C) AS CORRENTES NOMINAIS NO LADO DE ALTA E DE BAIXA TENSÃO.
9. UM TRAFO 220/110 V ESTÁ SENDO USADO COMO ABAIXADOR, PARA ALIMENTAR
UM FORNO ELÉTRICO DE 1000 W. DETERMINE:
A) A CORRENTE NO SECUNDÁRIO E A CORRENTE NO PRIMÁRIO.
B) O NÚMERO DE ESPIRAS DO PRIMÁRIO, SE NO SECUNDÁRIO SE TEM 600 ESPIRAS.
10. DEFINA MOTOR SÍNCRONO.
11. EXPLIQUE COMO APARECE O CAMPO GIRANTE.
12. EXPLIQUE O FUNCIONAMENTO DO MOTOR SÍNCRONO.
13. EXPLIQUE COMO SE DÁ A PARTIDA AUTO-SUFICIENTE DO MOTOR SÍNCRONO.
14. CALCULE A VELOCIDADE DO CAMPO GIRANTE DE UM MOTOR DE OITO PÓLOS,
ALIMENTADO POR UMA REDE DE 50 Hz.
15. DEFINA MOTOR ASSÍNCRONO.
16. EXPLIQUE POR QUE OS MOTORES SÍNCRONOS SÃO CHAMADOS DE
CAPACITORES ROTATIVOS.

14. 17. EXPLIQUE O PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO.
18. CITE OS TIPOS DE ROTOR DO MOTOR DE INDUÇÃO E AS SUAS
CARACTERÍSTICAS.
19. EXPLIQUE POR QUE A CORRENTE DE PARTIDA DO MOTOR DE INDUÇÃO É MUITO
ALTA.
20. DESENHE TODOS OS TIPOS DE LIGAÇÕES EXISTENTES PARA MOTORES DE
INDUÇÃO.
21. O QUE É ESCORREGAMENTO?
22. UM MOTOR, DE SEIS PÓLOS, 1120 RPM, É ALIMENTADO POR UMA REDE DE 60 Hz.
CALCULE O ESCORREGAMENTO DESTE MOTOR.
23. EXPLIQUE COMO SE FAZ A INVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO DO MOTOR
TRIFÁSICO.
24. EXPLIQUE POR QUE EM UM MOTOR SÍNCRONO, O ROTOR GIRA À MESMA
VELOCIDADE DE ROTAÇÃO DO CAMPO GIRANTE E NO MOTOR ASSÍNCRONO ISSO
NÃO ACONTECE.