Maquinas - eletricas, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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MÁQUINAS

ELÉTRICAS

CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL PEDRO MARTINS GUERRA

Itabira

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/Organização

Eugênio Sérgio de Macedo Andrade

Unidade Operacional

Centro de Formação Profissional Pedro Martins Guerra

8. MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA .....................................................

8.1 Princípio de Funcionamento ................................................................

8.2 Partida dos Motores CC ......................................................................

8.3 Características de Torque dos Motores CC ........................................

8.3.1 Motor Série ................................................................................

8.3.2 Motor Shunt ...............................................................................

8.3.3 Motor Composto ........................................................................

8.4 Características de Velocidade dos Motores CC .................................

8.4.1 Motor Série ................................................................................

8.4.2 Motor Shunt ...............................................................................

8.4.3 Motor Composto ........................................................................

8.5 Potência Mecânica e Rendimento de um Motor CC ...........................

8.6 Formas de Controle da Velocidade dos Motores CC ..........................

8.7 Reação da Armadura ..........................................................................

8.8 Enrolamentos ......................................................................................

8.9 Inversão de Rotação do Motor CC ......................................................

8.10 Frenagens .........................................................................................

8.11 Controle de Velocidade do Motor CC – Circuito RLE .......................

8.12 Escovas Elétricas ..............................................................................

8.13 O Carbono ........................................................................................

8.14 Classificação das Escovas ...............................................................

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................

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Apresentação 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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Como conseqüência da variação de campo magnético sobre suas espiras surge,

na segunda bobina, uma tensão induzida.

Figura 1.

A bobina na qual se aplica a tensão CA é denominada de primário do

transformador e a bobina onde surge a tensão induzida é denominada de

secundário do transformador.

Figura 1.

É importante observar que as bobinas primária e secundária são eletricamente

isoladas entre si. A transferência de energia de uma para outra se dá

exclusivamente através das linhas de força magnética.

A tensão induzida no secundário de um transformador é proporcional ao número

de linhas magnéticas que corta a bobina secundária.

Por esta razão, o primário e o secundário de um transformador são montados

sobre um núcleo de material ferromagnético.

Figura 1.

O núcleo diminui a dispersão do campo magnético, fazendo com que o

secundário seja cortado pelo maior número de linhas magnéticas possível,

obtendo uma melhor transferência de energia entre primário e secundário. As

figuras abaixo ilustram o efeito provocado pela colocação do núcleo no

transformador.

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Figura 1.

Com a inclusão do núcleo, o aproveitamento do fluxo magnético gerado no

primário é maior. Entretanto surge um inconveniente:

O ferro maciço sofre grande aquecimento com a passagem do fluxo magnético.

Para diminuir este aquecimento utiliza-se ferro silício laminado para a construção

do núcleo.

Figura 1.

Com a laminação do ferro se reduzem as “correntes parasitas” responsáveis pelo

aquecimento do núcleo.

A laminação não elimina o aquecimento, mas reduz sensivelmente em relação ao

ferro maciço.

Figura 1.10 - Símbolos empregados para representar o transformador, segundo a norma

ABNT

1.1 RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO

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VS NS

VP NP

Matematicamente pode-se escrever que, para o transformador usado como

exemplo:

VS

VP

onde VS = tensão no secundário.

VP = tensão no primário.

O resultado desta relação (VS/VP) é denominado de relação de transformação.

VS

= Relação de Transformação

VP

A relação de transformação expressa a 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 de que se necessite. Por exemplo:

Relação de

Transformador

Tensões

3 VS = 3 x VP

5,2 VS = 5,2 x VP

0,3 VS = 0,3 x VP

Tabela 1.

Os transformadores isoladores são muito utilizados em laboratórios de eletrônica

para que a tensão presente nas bancadas seja eletricamente isolada da rede.

1.2 RELAÇÃO DE POTÊNCIA EM TRANSFORMADORES

O transformador é um dispositivo que permite modificar os valores de tensão e

corrente em um circuito de CA.

Em realidade o transformador recebe uma quantidade de energia elétrica no

primário, transforma em campo magnético e converte novamente em energia

elétrica disponível no secundário.

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Figura 1.

A quantidade de potência absorvida da rede elétrica pelo primário do

transformador é denominada de potência do primário, representada pela notação

PP.

Admitindo-se que não existam perdas por aquecimento do núcleo, pode-se

concluir que toda a potência absorvida no primário está disponível no secundário.

Potência Disponível no Secundário = Potência Absorvida no Primário

A potência disponível no secundário é denominada de potência do secundário PS.

Se não existem perdas, pode-se afirmar:

PS = PP

A potência do primário depende da tensão aplicada e da corrente absorvida da

rede:

Potência do Primário ⇒ PP = VP x IP

A potência do secundário é produto da tensão e corrente no secundário:

Potência do Secundário ⇒ PS = VS x IS

Considerando o transformador como ideal pode-se, então escrever: PS =PP

VS x IS = VP x IP ⇐ Relação de potências no

transformador

Esta equação permite que se determine um valor do transformador se os outros

três forem conhecidos.

Exemplo

1) Um transformador abaixador de 110 V para 6 V deverá alimentar no seu

secundário uma carga que absorve uma corrente de 4,5 A. Qual será a corrente

no primário?

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Figura 1.17 – Com carga

Figura 1.

2. TRANSFORMADOR TRIFÁSICO 2. TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

Como já sabemos, o transformador é o equipamento que permite abaixar ou

elevar os valores de tensão ou corrente CA de um circuito. Seu princípio de

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funcionamento baseia-se no fato de que uma tensão é induzida no secundário,

quando este é percorrido pelo fluxo magnético variável gerado no primário.

O transformador é formado basicamente pelo núcleo e pelas bobinas (primária e

secundária).

O núcleo constitui o circuito magnético do transformador. É peça metálica

construída com chapas de ferro-silício isoladas entre si e sobre a qual são

montadas as bobinas.

Os transformadores trifásicos, usados na distribuição de eletricidade, têm as

mesmas funções que o transformador monofásico : abaixar ou elevar a tensão.

Trabalham com três fases e são de porte grande e mais potentes que os

monofásicos.

Figura 2.1 – Representação esquemática do núcleo do transformador trifásico

O núcleo dos transformadores trifásicos também é constituído de chapas de ferro-

silício. Essas chapas possuem três colunas que são unidas por meio de duas

armaduras. Cada coluna serve de núcleo para uma fase onde estão localizadas

duas bobinas, uma primária e outra secundária. Por essa razão, esses

transformadores têm, no mínimo, seis bobinas: três primárias e três secundárias,

isoladas entre si. As bobinas das três fases devem ser exatamente iguais.

Num transformador trifásico, cada fase funciona independentemente das outras

duas, como se fossem três transformadores monofásicos em um só. Isso significa

que três transformadores monofásicos exatamente iguais podem substituir um

transformador trifásico.

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Figura 2.

As ligações do primário e do secundário podem ser combinadas de várias formas:

− em estrela no primário e em estrela no secundário;

− em triângulo no primário e em triângulo no secundário;

− em estrela no primário e em triângulo no secundário e vice-versa.

Figura 2.4 – Esquemas dos tipos de combinações

Figura 2.5 - Quando é necessário equilibrar as cargas entre as fases do secundário,

emprega-se a ligação em ziguezague

Se, por exemplo, a fase 1 do secundário estiver recebendo mais carga, esse

desequilíbrio será compensado pela indução das duas colunas onde a fase 1 está

distribuída.

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Para que as combinações de ligações sejam realizadas, os transformadores são

divididos em dois grupos:

− grupo A: quando a tensão do secundário está em fase com a tensão do

primário;

− grupo B: quando a tensão do secundário está defasada em 30º.

Dois transformadores de um pequeno grupo podem ser ligados em paralelo,

desde que exista entre eles correspondência de tensão e impedância.

Transformadores de grupos diferentes não podem ser ligados em paralelo.

Na tabela abaixo são representadas as interligações dos enrolamentos, a relação

de transformação e os tipos de ligação que podem ser feitos com os

transformadores do grupo A.

TIPOS DE LIGAÇÃO DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS DO GRUPO A

Símbolo e

denominação

Diagrama

Enrolamento de mais

alta tensão

Enrolamento de mais

baixa tensão

Relação de

transformação

(tensão entre fases)

∆/∆

Triângulo-triângulo NX’

EX =. EH

NH

Y/Y

Estrela-estrela NX

EX =. EH

NH

∆/

Triângulo-ziguezague NX. EH. √ 3

EX =

2NH

Tabela 2.

Para verificar se as ligações estão corretas, alimenta-se o transformador pelos

lides ou terminais de tensão mais elevada com uma fonte de corrente trifásica

apropriada. Em seguida, ligam-se os terminais H1 e X1 entre si (curto –circuito).

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Antes de entrar diretamente no assunto acima , faremos uma rápida revisão sobre

os isolantes.

Observe a figura a seguir ,onde duas placas condutoras entre as quais se

intercala um material de elevada resistividade (isolante).

Figura 2.

Ao aplicarmos uma tensão E ao conjunto forma-se um capacitor. Se a tensão for

contínua ,haverá a carga do capacitor ficando uma placa positiva (+) e outra

negativa (-). No intervalo entre as placas, aparece um campo elétrico proveniente

da carga elétrica existente cujo valor é:

Q = C x E

onde: C é a capacitância em Farads,

E é a tensão em Volts e

Q é a carga em Coulombs.

Este campo elétrico tende a transferir a carga de uma placa para a outra através

do isolante. Quando isto ocorre , diz-se que está havendo uma fuga e aparece

uma corrente de uma placa para a outra , e esta é denominada corrente de fuga.

Se o isolante é perfeito ,não há fuga no intervalo entre as placas (if = 0) e o

galvanômetro G intercalado no circuito ,registra apenas a corrente de carga ic

(corrente de capacitância). Se a chave for aberta ,o capacitor C permanece

carregado e o galvanômetro indicaria 0 A.

Figura 2.

Se o isolante não é perfeito , a corrente de fuga if é diferente de 0 A , e o

galvanômetro registra it = if + ic. Se a chave ch for aberta , desligando a fonte , o

capacitor não permanecerá carregado pois a corrente de carga se escoará

através do isolante representado por R, na figura 2.7.

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G

Ecc

isolante

Placa A

Placa B

ch

Ecc

isolante

Placa B

ch

R

ic

if

G

Placa A

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Circuito Equivalente do Material Isolante

Figura 2.

O isolante na prática é constituído por pequenos capacitores ligados em paralelo

com resistores elementares , conforme figura acima , que é uma representação

geral e simplificada.

No caso de um isolante perfeito , temos

If = 0 A

It = ic

R = infinito

Instante t segundos

If = 0 A

Ic = 0 A

No caso de um isolante não perfeito ,temos

If diferente de 0 A

It = ic + if

R de valor mensurável

Instante t segundos

If diferente de 0 A

Ic = 0 A

It = if

Em ambos os casos , ic é considerado corrente de carga dos capacitores

elementares e se anula após algum tempo que a chave ch for fechada.

Medidas de Isolamento

a) Resistência de isolamento :consiste em se medir o valor de R no circuito

equivalente. O material isolante em bom estado tem R elevado e if tendendo a 0A

b) Perdas dielétricas : se aplicarmos uma fonte de tensão C.A. ao isolante

conforme circuito equivalente teremos o diagrama fasorial abaixo :

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C

R

it

ch