teoria sobre máquinas rotativas

1. Aula:
Teoria básica de máquinas rotativas
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica

2. Máquinas rotativas
• Geradores e motores de corrente contínua;
• Geradores e motores de corrente alternada;
▫ Geradores e motores possuem a construção
mecânica muito parecidas, porém suas funções são
diferentes.
▫ Gerador: Máquina que converte energia mecânica
de rotação em energia elétrica. A energia mecânica
pode ser fornecida, por exemplo, por uma queda
d’água, vapor, vento.
▫ Motor: Máquina que converte energia elétrica em
energia mecânica de rotação.

3. Máquinas rotativas
• Os motores elétricos são responsáveis por grande parte
do consumo de energia elétrica nas indústrias. Estima-se
que 96% da energia consumida pelo setor industrial está
concentrada em unidades ligadas em alta tensão (AT) e
4% em BT. No setor industrial entre 50 e 60% da energia
elétrica utilizada é consumida por motores elétricos.

4. Máquinas rotativas – Motor CC
•

5. Máquinas rotativas – Motor CC
• O motor de corrente contínua é composto, basicamente,
por:
▫ Estator (enrolamento de campo ou ímã permanente);
▫ Rotor (enrolamento de armadura).
▫ Conjunto escovas-comutador.
Fig.1 – Motor CC

6. Máquinas rotativas
• Motor CC – Algumas Desvantagens
▫ Os motores de corrente contínua são maiores e mais caros que
os motores de corrente alternada, para uma mesma potência.
▫ Necessidade de um sistema para conversão CA – CC.

7. Máquinas rotativas – Motores CA
• Motores de Corrente Alternada
▫ Síncronos;
▫ Assíncronos (de Indução);

8. Motores elétricos
Considerações sobre a rotação
• Depende da freqüência e do número de pólos do
motor.
n = 120*f/p
Onde:
n = número de rotações;
f= freqüência do sistema que fornece a energia;
p = número de pólos do motor;

9. Motores elétricos
Considerações sobre a rotação
p
(número de pólos)
n
(Rotação síncrona)
2 3600
4 1800
6 1200
8 900
10 720
12 600
14 514
Tab.1 – Rotação síncrona em função do número de pólos, para a
freqûencia de 60 Hz

10. Motores Síncronos
• Estator: alimentado com corrente alternada;
• Rotor: corrente contínua;
▫ Dínamo (CC) no eixo do motor;
▫ Conjunto retificador;

11. Motores síncronos
• Motores com velocidade de rotação fixa – velocidade de
sincronismo. (É um motor elétrico cuja velocidade de
rotação é proporcional à frequência da sua alimentação).
• Como o campo magnético do rotor independe do campo
magnético do estator, o campo magnético do rotor tenta
se alinhar com o campo magnético girante do estator, e
então o rotor adquire velocidade proporcional a
frequência da alimentação do estator e acompanha o
campo magnético girante estabelecido no mesmo.

12. Motores síncronos
Princípio de Funcionamento:
• O estator é energizado com uma tensão CA trifásica onde se produz
um campo magnético girante e este atua sobre o rotor;
• O rotor do motor síncrono é energizado com uma tensão CC, se
comportando como um ímã suspenso em um campo magnético que
se move, procurando se alinhar com o campo magnético girante do
estator.
• Quando o campo magnético gira, o rotor gira em sincronismo com o
campo. Quando o campo magnético girante é forte, ele exerce uma
intensa força de torção sobre o rotor (torque ou conjugado), e este,
portanto, se torna capaz de acionar uma carga.
• Se o rotor sair do sincronismo (se desacoplar magneticamente) não
se desenvolve nenhum torque e o motor pára. Assim, ou o motor
síncrono funciona à velocidade síncrona ou não funciona.

13. Exercício 1
• Um alternador de 60 Hz funciona a velocidade
de 900 rpm. Quantos pólos ele possui?

14. Motores de Indução (assíncronos)
• O motor de indução é o tipo de motor mais
usado nas industrias. Este fato deve-se à
maioria dos sistemas atuais de distribuição de
energia elétrica serem de corrente alternada.
• Sua construção é simples e resistente e ainda
possui boas características de funcionamento, o
que se traduz em baixo custo e máxima
eficácia com manutenção mínima.

15. Motores de Indução
Partes constituintes
• Estator: Formado por três elementos.
▫ Carcaça – estrutura robusta, fabricada em ferro
fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à
corrosão e que tem como principal função
suportar todas as partes fixas e móveis do motor.
▫ Núcleo de chapas – chapas magnéticas fixadas
ao estator.
▫ Enrolamentos – Dimensionados em material
condutor isolado, dispostos sobre o núcleo e
ligados à rede de energia elétrica de alimentação.

16. Motores de Indução
Partes constituintes
Fig.3 – Estator de motor de indução

17. Motores de Indução
Partes constituintes
• Rotor: também constituído de três elementos.
▫ Eixo – responsável pela transmissão da potência
mecânica gerada pelo motor.
▫ Núcleo de chapas – Chapas magnéticas
adequadamente fixadas sobre o eixo.
▫ Barras e anéis de curto-circuito(motor de
gaiola) – Constituído de material condutor.
▫ Enrolamentos(motor com rotor bobinado
ou enrolado) – constituídos de material
condutor e dispostos sobre o núcleo.

18. Motores de Indução
Fig.4 – Motor de Indução

19. Motores de Indução
Princípio de Funcionamento:
A aplicação de tensão alternada nos enrolamentos do estator
irá produzir um campo magnético variante no tempo que
devido à distribuição uniforme do enrolamento do estator irá
gerar um campo magnético resultante girante na velocidade
proporcional à freqüência da rede elétrica. O fluxo magnético
girante no estator atravessará o entreferro e por ser variante
no tempo induzirá tensão alternada nos enrolamentos do
rotor. Como os enrolamentos do rotor estão curto circuitados
essa tensão induzida fará com que circule uma corrente pelo
enrolamento do rotor o que por conseqüência irá produzir um
fluxo magnético no rotor que tentará se alinhar com o campo
magnético girante do estator.
A força de atração se traduz num torque que atua sobre o eixo
do rotor, fazendo-o girar.

20. Escorregamento
• Representa a diferença entre a velocidade de
rotação do rotor e a velocidade síncrona:
𝑆 =
𝑛1−𝑛
𝑛1
𝑛 = 𝑛1(1 − 𝑠)
• A frequência das tensões e correntes induzidas
fica definida pela equação:
𝑓𝑟 = 𝑠
𝑃 𝑛1
120
= 𝑠𝑓

21. Exercício 2
• Um motor de indução opera com frequência de
60 Hz e possui 2 pares de pólos. A velocidade de
operação, com uma dada carga é 1760 rpm.
Calcule o escorregamento (em percentual e em
valor absoluto de velocidade) e a frequência das
tensões rotóricas.

22. Exercício 3
• Dado um motor de indução trifásico ligado em
estrela de 7,5 CV (1 CV = 736 W), 380 V, f = 60
Hz, 𝑛 𝑠 = 1800 rpm e
𝑠 =2,6%.
▫ A) Sabendo que a corrente de partida equivale a 7
vezes à corrente nominal, qual é o valor desta
corrente?
▫ B) Qual é o escorregamento (em rpm)?

23. Rotor Bobinado x gaiola
• A vantagem do rotor gaiola em relação ao rotor
bobinado é a sua construção mais rápida, mais
prática e mais barata.
• O motor de indução com rotor bobinado em
geral é utilizado para partir cargas pesadas, ou
ainda, quando o sistema de acionamento requer
partidas suaves.

24. Rotor tipo gaiola de esquilo

25. Rotor bobinado

26. Rotor bobinado X Rotor em gaiola
• Exemplo do uso de reostato em rotor bobinado durante a partida: