Maquinas - eletricas, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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MÁQUINAS

ELÉTRICAS

Unidade Operacional

(CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL “JOSE IGNACIO PEIXOTO”)

Presidente da FIEMG

Robson Braga de Andrade

Gestor do SENAI

Petrônio Machado Zica

Diretor Regional do SENAI e

Superintendente de Conhecimento e Tecnologia

Alexandre Magno Leão dos Santos

Gerente de Educação e Tecnologia

Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração

Givanil Costa de Farias

Unidade Operacional

CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL “JOSE IGNACIO PEIXOTO”

• APRESENTAÇÃO ..............................................................................................................................
• INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................
• TRANSFORMADORES......................................................................................................................
  • FUNCIONAMENTO ..............................................................................................................................
  • TRANSFORMADORES COM MAIS DE UM SECUNDÁRIO .........................................................................
  • RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO .......................................................................................................
  • TIPOS DE TRANSFORMADORES.........................................................................................................
  • RELAÇÃO DE POTÊNCIA ...................................................................................................................
  • LIGAÇÃO DE TRANSFORMADORES EM 110 E 220V ............................................................................
  • TRANSFORMADOR COM PRIMÁRIO A TRÊS FIOS .................................................................................
  • TRANSFORMADOR COM PRIMÁRIO A QUATRO FIOS.............................................................................
  • LIGAÇÃO PARA 220V.......................................................................................................................
  • LIGAÇÃO PARA 110V.......................................................................................................................
  • INSTALAÇÃO DE DISPOSITIVOS DE CONTROLE E PROTEÇÃO ................................................................
  • IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS........................................................................................................
  • ESPECIFICAÇÃO DE TRANSFORMADORES ..........................................................................................
  • RELAÇÃO DE FASE ENTRE AS TENSÕES DO PRIMÁRIO E DO SECUNDÁRIO ............................................
  • PONTO DE REFERÊNCIA ...................................................................................................................
  • TRANSFORMADOR COM DERIVAÇÃO CENTRAL NO SECUNDÁRIO ..........................................................
• TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS.............................................................................................
  • TIPOS DE LIGAÇÃO DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS ....................................................................
  • RESFRIAMENTO DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS ........................................................................
  • NUMERAÇÃO DE BORNES E IDENTIFICAÇÃO DE BOBINAS ....................................................................
  • POLARIDADE ...................................................................................................................................
  • CARACTERÍSTICAS DOS TRANSFORMADORES....................................................................................
  • RENDIMENTO ..................................................................................................................................
  • IMPEDÃNCIA PERCENTUAL................................................................................................................
• MOTORES DE CA MONOFÁSICOS ...............................................................................................
  • TIPOS DE MOTORES MONOFÁSICOS ..................................................................................................
  • MOTOR UNIVERSAL .........................................................................................................................
  • FUNCIONAMENTO DO MOTOR UNIVERSAL ..........................................................................................
  • MOTOR DE INDUÇÃO........................................................................................................................
  • FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE INDUÇÃO ........................................................................................
  • TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO......................................................................................................
  • LIGAÇÃO DOS MOTORES MONOFÁSICOS............................................................................................
• MOTORES TRIFÁSICOS DE CA.....................................................................................................
  • TIPOS DE MOTORES TRIFÁSICOS DE CA............................................................................................
  • MOTOR ASSÍNCRONO DE CA............................................................................................................
  • FUNCIONAMENTO ............................................................................................................................
  • TIPOS DE MOTORES ASSÍNCRONOS ..................................................................................................
  • MOTOR COM ROTOR EM GAIOLA DE ESQUILO.....................................................................................
  • MOTOR DE ROTOR BOBINADO ..........................................................................................................
  • FUNCIONAMENTO ............................................................................................................................
  • MOTOR SÍNCRONO DE CA................................................................................................................
  • FUNCIONAMENTO ............................................................................................................................
  • LIGAÇÃO DOS MOTORES TRIFÁSICOS ................................................................................................
  • PADRONIZAÇÃO DA TENSÃO E DA DIMENSÃO DOS MOTORES TRIFÁSICOS ASSÍNCRONOS E SÍNCRONOS.
• MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA .......................................................................................
  • GERADORES E MOTORES.................................................................................................................
  • CONSTRUÇÃO .................................................................................................................................
  • GERADOR DE CC - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO...........................................................................
  • CLASSIFICAÇÃO DOS GERADORES DE CC .........................................................................................
  • TIPOS DE GERADORES.....................................................................................................................
  • MOTOR DE CC FUNCIONAMENTO.....................................................................................................
  • TIPOS DE MOTORES.........................................................................................................................
  • COMUTAÇÃO...................................................................................................................................
  • REAÇÃO DO INDUZIDO .....................................................................................................................
  • IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS DAS MÁQUINAS DE CC......................................................................
• DEFEITOS INTERNOS DOS MOTORES DE CC ............................................................................
  • FAISCAMENTO NAS ESCOVAS ...........................................................................................................
  • DEFEITOS RELACIONADOS AO INDUZIDO ...........................................................................................
  • AQUECIMENTO ANORMAL.................................................................................................................
  • AUSÊNCIA DE ARRANQUE NO MOTOR ................................................................................................
• REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA .....................................................................................................

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Apresentação

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento. “ Peter Drucker

O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação.

O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e ,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência:” formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.”

Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações - internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático.

Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos, nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos.

O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada!

Gerência de Educação e Tecnologia

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TRANSFORMADORES

O transformador é um dispositivo que permite elevar ou abaixar os valores de tensão em um circuito de CA. A maioria dos equipamentos eletrônicos emprega transformadores para elevar ou abaixar tensões.

A figura 4.1 mostra alguns tipos de transformadores.

Funcionamento

Quando uma bobina é conectada a uma fonte de CA, um campo magnético variável surge ao seu redor. Se outra bobina for aproximada da primeira, o campo magnético variável gerado na primeira bobina corta as espiras da segunda bobina. (Fig. 4.2)

Em consequência da variação do campo magnético sobre as espiras, surge uma tensão induzida na segunda bobina.

A bobina na qual se aplica a tensão CA é denominada primário do transformador. A bobina onde surge a tensão induzida é denominada secundário do transformador. (Fig. 4.3)

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Observação

As bobinas primária e secundária são eletricamente isoladas entre si. A transferência de energia de uma para a outra se dá exclusivamente através das linhas de forças magnéticas.

A tensão induzida no secundário é proporcional ao número de linhas magnéticas que cortam a bobina secundária e ao número de suas espiras. Por isso, o primário e o secundário são montados sobre um núcleo de material ferromagnético. (Fig. 4.4)

Esse núcleo tem a função de diminuir a dispersão do campo magnético, fazendo com que o secundário seja cortado pelo maior número possível de linhas magnéticas. Como conseqüência, obtém-se uma transferência melhor de energia entre primário e secundário. Veja na figura 4.5 o efeito causado pela colocação do núcleo no transformador.

Com a inclusão do núcleo, embora o aproveitamento do fluxo magnético gerado seja melhor, o ferro maciço sofre perdas por aquecimento causadas por dois fatores: a histerese magnética e as correntes parasitas.

As perdas por histerese magnética são causadas pela oposição que o ferro oferece à passagem do fluxo magnético. Essas perdas são diminuídas com o emprego de ferro doce na fabricação do núcleo.

As perdas por corrente parasita (ou por correntes de Foucault) aquecem o ferro, porque a massa metálica sob variação do fluxo gera dentro de si mesma uma força eletromotriz (fem) que provoca a circulação de corrente parasita.

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Transformadores com mais de um secundário

Para se obter várias tensões diferentes, os transformadores podem ser construídos com mais de um secundário, como mostra a figura 4.9.

Relação de transformação

Como já vimos, a aplicação de uma tensão CA ao primário de um transformador causa o aparecimento de uma tensão induzida em seu secundário. Aumentando-se a tensão aplicada ao primário, a tensão induzida no secundário aumenta na mesma proporção. Essa relação entre as tensões depende fundamentalmente da relação entre o número de espiras no primário e secundário.

Por exemplo, num transformador com primário de 100 espiras e secundário de 200 espiras, a tensão do secundário será o dobro da tensão do primário. (Fig. 4.10) Se chamarmos o número de espiras do primário de Np e do secundário de Ns, podemos escrever: Vs/VP = 2 Ns/Np = 2. (Lê-se: saem 2 para cada 1 que entra.)

O resultado da relação Vs/VP e Ns/ NP é chamado de relação de transformação e expressa relação entre a tensão aplicada ao primário e a tensão induzida no secundário.

Um transformador pode ser construído de forma a ter qualquer relação de transformação que seja necessária. Veja exemplo na tabela a seguir.

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Observação

A tensão no secundário do transformador aumenta na mesma proporção da tensão do primário até que o ferro atinja seu ponto de saturação. Quando esse ponto é atingido, mesmo que haja grande variação na tensão de entrada, haverá pequena variação na tensão de saída.

Tipos de transformadores

Os transformadores podem ser classificados quanto à relação de transformação. Nesse caso, eles são de três tipos:

• transformador elevador;
• transformador abaixador;
• transformador isolador.

O transformador elevador é aquele cuja relação de transformação é maior que 1, ou seja, Ns> Np. Por causa disso, a tensão do secundário é maior que a tensão do primário. Portanto, Vs> Vp.

O transformador abaixador é aquele cuja relação de transformação é menor que 1, ou seja, Ns < Np. Portanto, Vs <Vp.

Os transformadores abaixadores são os mais utilizados em eletrônica. Sua função é abaixar a tensão das redes elétricas domiciliares (110/220V) para tensões de 6,12 e 15V necessárias ao funcionamento dos equipamentos.

O transformador isolador é aquele cuja relação de transformação é de 1 para 1, ou seja, Ns = Np. Portanto, Vs = Vp.

Os transformadores isoladores são usados em laboratórios de eletrônica para isolar eletronicamente da rede a tensão presente nas bancas. Esse tipo de isolação é chamado de isolação galvânica.

Veja na figura 4.11 a representação esquemática desses três tipos de transformadores.

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Potência em transformadores de mais de um secundário.

Quando um transformador tem mais de um secundário, a potência absorvida da rede pelo primário é a soma das potências fornecidas em todos os secundários. (Fig. 4.14) Matematicamente, isso pode ser representado pela seguinte expressão:

PP = Psi + Ps2 +...+ Psn

Onde:

• Pp é a potência absorvida pelo primário
• Psi é a potência fornecida pelo secundário 1
• Ps2 é a potência fornecida pelo secundário 2
• Psn é a potência fornecida pelo secundário n

Essa expressão pode ser reescrita usando os valores de tensão e corrente do transformador:

Vp. Ip (Vs 1. Is 1 ) + (Vs 2. Is 2 ) +...+ (Vsn.Isn) Onde:

• Vp e Ip são respectivamente tensão e corrente do primário
• Vs 1 e Is 1 são respectivamente tensão e corrente do secundário 1
• Vs2 e 1s2 são respectivamente tensão e corrente do secundário 2
• Vsn e Isn são respectivamente tensão e corrente do secundário n

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Exemplo

Determinar a corrente do primário do transformador mostrado na figura 4.15.

Ligação de transformadores em 110 e 220V

Os aparelhos eletrônicos modernos são fabricados de tal forma que podem ser usados tanto em redes de 110 quanto de 220V. Isso é possível através da seleção feita por meio de uma chave situada na parte posterior do aparelho.

Na maioria dos casos, essa chave está ligada ao primário do transformador. De acordo com a posição da chave, o primário é preparado para receber 110 ou 220V da rede elétrica e fornece o mesmo valor de tensão ao secundário.

Existem dois tipos de transformadores cujo primário pode ser ligado para 110 e 220V:

• transformador 110/220V com primário a três fios;
• transformador 110/220V com primário a quatro fios.

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Transformador com primário a quatro fios

O primário desse tipo de transformador constitui-se de duas bobinas para 110V, eletricamente isoladas entre si. (Fig. 4.21)

Ligação para 220V

Em um transformador para entrada 110/220V com o primário a quatro fios, a ligação para 220V é feita colocando as bobinas do primário em série e observando a identificação dos fios, ou seja, I1 para a rede, I2 e F1 em ponte e F para a rede. (Fig. 4.22)

Ligação para 110V

Em um transformador para entrada 110/220V com primário a quatro fios, a ligação para 110V é feita colocando as duas bobinas primárias em paralelo e respeitando aidentificação dos fios, ou seja, I1 em ponte com I2 na rede, F1 em ponte com F2 na rede. (Fig. 4.23)

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Quando a chave HH está na posição 110V, os terminais I1, I2, F1 e F são conectados em paralelo à rede. (Fig. 4.24)

Quando a chave HH está na posição 220V, os terminais I1 e F2 ficam ligados à rede por meio da chave. (Fig. 4.25)

Instalação de dispositivos de controle e proteção

Em todo equipamento elétrico ou eletrônico, é necessário dispor de dispositivos de comando do tipo liga/desliga e de dispositivos de proteção que evitam danos maiores em caso de situações anormais. Normalmente, tanto os dispositivos de controle quanto os de proteção são instalados na entrada de energia do circuito, antes do transformador.

Para a proteção do equipamento, geralmente um fusível é usado. Sua função é romper-se caso a corrente absorvida da rede se eleve. Isso corta a entrada de energia do transformador.

O fusível é dimensionado para um valor de corrente um pouco superior à corrente necessária para o primário do transformador. Alguns equipamentos têm mais de um fusível: um “geral”, colocado antes do transformador, e outros colocados dentro do circuito de acordo com as necessidades do projeto.

Veja a representação esquemática da ligação do fusível no circuito. (Fig. 4.26)

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bobina. Posteriormente, essa identificação será testada para verificar se está correta;

• interligar as bobinas do primário em série;
• aplicar, no secundário, uma tensão CA de valor igual à tensão nominal do secundário. Por exemplo: em um transformador 110/220V X 6V (6VCA no secundário) deve-se aplicar uma tensão de 6V no secundário. (Fig. 4.29). No transformador usado como exemplo, se 220V foram aplicados ao primário, serão obtidos 6V no secundário. Da mesma forma, se forem aplicados 6V no secundário, deve-se obter 220V no primário (em série). Assim, é possível verificar se a identificação está correta, medindo a tensão nas extremidades do primário; medir a tensão das extremidades do primário. Se o resultado da medição for 220V, a identificação está correta. Se o resultado for 0V, a identificação está errada. Nesse caso, para corrigir a identificação, deve-se trocar apenas a identificação de uma das bobinas

(I 1 por F 1 ou I 2 por F 2 ).

Observação

É conveniente repetir o teste para verificar se os 220V são obtidos no primário.

Especificação de transformadores

A especificação técnica de um transformador deve fornecer:

• a potência em VA (pequenos transformadores);
• as tensões do primário;
• as tensões do secundário.

A especificação 21 VA 110/220V 6V - 1 A 30V - 0,5A indica um transformador com as seguintes características:

• potência - 21VA;
• primário - entrada para 110 ou 220V;
• 2 secundários - um para 6V -1A e um para 30V - 0,5A. A especificação técnica de um transformador em que o secundário tenha derivação central é feita da seguinte maneira: 12W (potência), 110/220V (características do primário), 6 + 6V (secundário com 6 + 6V, ou seja, 6V entre as extremidades e a derivação central), 1A (corrente no secundário).

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Relação de fase entre as tensões do primário e do secundário

A tensão no secundário é gerada quando o fluxo magnético variável corta as espiras do secundário. Como a tensão induzida é sempre oposta à tensão indutora, a tensão no secundário tem sentido contrário à do primário.

Isso significa que a tensão no secundário está defasada 1800 da tensão no primário, ou seja, quando a tensão no primário aumenta num sentido, a tensão do secundário aumenta no sentido oposto. (Fig. 4.30)

Ponto de referência

Considerando-se a bobina do secundário de um transformador ligado em CA, observa-se que a cada momento um terminal é positivo e o outro é negativo. Após algum tempo, existe uma troca de polaridade. O terminal que era positivo torna-se negativo e vice-versa. (Fig. 4.31)

Nos equipamentos eletrônicos é comum um dos terminais do transformador ser usado como referência, ligado ao terra do circuito. Nesse caso, o potencial do terminal aterrado é considerado como sendo 0V, não apresentando polaridade.

Isto porém não significa que não ocorra a troca de polaridade no secundário. Em um semiciclo da rede, o terminal livre é positivo em relação ao terminal aterrado (referência). No outro semiciclo, o terminal livre é negativo em relação ao terminal de referência. (Fig. 4.32)