1. Máquinas Elétricas

2. Máquinas Elétricas
• O que são?
– Transformam um tipo de energia em elétrica
ou vice versa
– Modificam as características da energia
elétrica
• Quais os tipos?
– Rotativas: Motores e Geradores
– Estáticas: Transformadores

3. Máquinas Elétricas Rotativas

4. Máquinas Elétricas Rotativas
• O que são?
– Transformam um tipo de energia em elétrica
ou vice versa
– Existe movimentação de alguma parte da
máquina
• Quais os tipos?
– Motores
– Geradores

5. O que fazem?
• Motor
• Gerador

6. Tipos

7. Lenz e Faraday
• Em todo condutor elétrico que se
movimenta com uma dada velocidade
dentro de um campo magnético surge
uma tensão entre os seus terminais

8. Laplace
• De acordo com o princípio de indução,
verifica-se que todo condutor percorrido
por corrente e imerso num campo
magnético sofre a ação de uma força.

9. Gerador x Motor
• O esquema na figura representa, assim, um
gerador elétrico simples, cujo princípio pode
ser resumido da seguinte forma:
– a máquina primária
força o condutor a
se movimentar no
campo magnético
exercendo sobre
este uma força e
transferindo ao
mesmo uma
determinada
energia mecânica;

10. Gerador x Motor
• O esquema na figura representa, assim, um
gerador elétrico simples, cujo princípio pode
ser resumido da seguinte forma:
– o movimento do
condutor faz com
que uma tensão
apareça entre os
seus terminais;
– ao ser conectada a
uma carga circula
uma corrente no
condutor e pela
carga.

11. Gerador x Motor
• O condutor analisado anteriormente,
quando ligado a uma fonte, sofre a
influência de uma força que tende a girálo. O esquema na figura representa,
assim, um motor elétrico simples.

12. Gerador x Motor
Sistema elétric0
E, I
Sistema mecânico
T, N
Máquina elétrica
Motor elétrico
Gerador elétrico

13. Gerador e Motor CC
• Partes componentes:

14. Gerador e Motor CC
• Partes componentes:
– Armadura:
• recebe a corrente proveniente
de uma fonte elétrica externa
– Comutador:
• converte a CA que passa pela
sua armadura em CC liberada
através de seus terminais (G)

15. Gerador e Motor CC
• Partes componentes:
– Escovas:
• servem de contato entre os
enrolamentos da armadura e
a carga externa

16. Gerador e Motor CC
• Partes componentes:
– Enrolamento de campo: produz o fluxo interceptado
pela armadura
• num motor, a corrente para o campo é fornecida pela mesma
fonte que alimenta a armadura.
• num gerador, a fonte de corrente de campo pode ser uma
fonte separada, chamada de excitador, ou proveniente da
própria armadura.

17. Gerador CC elementar
• As escovas 1 e 2
têm polaridade
constante, e é
liberada uma
corrente
contínua
pulsante para o
circuito de carga
externo.

18. Gerador CC elementar

19. Gerador CC elementar

20. Gerador CC
• Na máquina CC o campo magnético é criado
por um conjunto de pólos, os quais são
dispostos ao longo da periferia da parte externa
fixa, chamada de estator.

21. Gerador CC

22. Gerador CC

23. Gerador CC simples
• Na prática, se
constroem os
geradores com várias
bobinas enroladas em
torno da armadura
para produzir uma
saída cc ainda mais
suave.

24. Excitação de campo
• Tipos:
– Excitação separada
– Auto-excitado
• Derivação
• Série
• Composto

25. Excitação de campo
• Tipos:
– Excitação separada - fornecido ou “excitado”
por uma fonte cc separada

26. Excitação de campo
• Tipos:
– Auto-excitado - fornece a sua própria
excitação
• Derivação - campo ligado em paralelo com circuito
da armadura

27. Excitação de campo
• Tipos:
– Auto-excitado - fornece a sua própria
excitação
• Série - campo em série com a armadura

28. Excitação de campo
• Tipos:
– Auto-excitado - fornece a sua própria
excitação
• Composto - usados os dois campos, derivação e
série
Derivação curta
Derivação longa

29. Circuito equivalente
Onde:
•
•
•
•
Vta = tensão no terminal da
armadura, V
Vg = tensão gerada na
armadura, V
Ia = corrente da armadura, A
Vt = tensão no terminal do
gerador, V
• ra = resistência da armadura,
•
•
•
•
.
rs = resistência de campo, série, .
rd = resistência de campo, derivação, .
IL = corrente na linha, A
Id = corrente do campo em derivação, A

30. Circuito equivalente
• Relações entre tensão e corrente no
gerador composto:
Vta = Vg – Iara
Vt = Vg – Ia(ra + rs)
I L= I a – I d

31. Circuito equivalente
• Exemplo - Um gerador cc tem uma
especificação de 100 kW e 250 V. O que
significa essa especificação?
– Esse gerador pode liberar continuamente 100 kW de
potência a uma carga externa. A tensão Vt do
terminal do gerador é de 250 V quando está
fornecendo a potência especificada.

32. Circuito equivalente
• Exemplo - Um gerador cc de 100 KW e 250 V
tem uma corrente na armadura de 400 A, uma
resistência da armadura (incluindo as escova)
de 0,025 , e uma resistência de campo em
série de 0,005 . Ele é mantido em 1.200
rotações por minuto (rpm) através de um motor
de velocidade constante. Calcule a tensão
gerada na armadura.

33. Equações da Tensão no Gerador
pZφ n
• Vg =
60b x 10 8
Onde:
• Vg = tensão média gerada por um gerador cc, V
• p = número de pólos
• Z = número total de condutores da armadura
(também chamado de indutores)
• Φ = fluxo por pólo
• n = velocidade da armadura, rpm
• b = número de percursos paralelos através da
armadura, dependendo do tipo de enrolamento da
armadura.

34. Equações da Tensão no Gerador
• Para qualquer gerador, todos os fatores da Eq. são
fixos, exceto Ф e n. Pode ser simplificada assumindo
a forma
pZ
– Vg = k Ф n
onde k =
8
60b x 10
• A eq. revela que o valor de uma fem induzida em
qualquer circuito é proporcional à razão com que o
fluxo está sendo interceptado.
• Assim, se duplicar Ф e n permanecer o mesmo, Vg
também é duplicado. Analogamente, se n dobrar de
valor, permanecendo constante, Vg dobra.

35. Equações da Tensão no Gerador
• Exemplo - Quando um gerador é mantido em 1.200 rpm,
a tensão gerada é de 120 V. Qual será a tensão gerada
(a) se o fluxo do campo diminuir de 10 por cento,
permanecendo constante a velocidade e (b) se a
velocidade cair para 1.000 rpm permanecendo invariável
o fluxo do campo?

36. Equações da Tensão no Gerador
• Exemplo - Um gerador em derivação tem uma
resistência no circuito da armadura de 0,4 , uma
resistência no circuito de campo de 60 e uma tensão
no terminal de 120 V quando está fornecendo uma
corrente de carga de 30 A. Calcule (a) a corrente de
campo, (b) a corrente na armadura.