SENAI - Eletrotécnica - Materiais e Equipamentos em Sistemas de Baixa Tensão I(Internet)

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CPM - Programa de Certificao de Pessoal de Manuteno

Eltrica Materiais e Equipamentos em Sistemas de Baixa Tenso

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Materiais e Equipamentos em Sistemas de Baixa Tenso - I - Eltrica

SENAI - ES, 1997

Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderrgica de Tubaro)

SENAI - Servio Nacional de Aprendizagem Industrial DAE - Diviso de Assistncia s Empresas Departamento Regional do Esprito Santo Av. Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitria - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Tel: (27) 334-5774 Fax: (27) 334-5783

CST - Companhia Siderrgica de Tubaro AHD - Diviso de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 29160-972 Telefone: (027) 348-1322 Telefax: (027) 348-1077

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SumrioMquinas Eltricas Rotativas ................................................. 05 Noes Gerais Sobre Motores Eltricos ............................ 05 Motores de Corrente Alternada.......................................... 09 Defeitos nas Ligaes dos Motores de C.A. ...................... 19 Defeitos Internos nos Motores Assncronos....................... 20 Alternadores........................................................................... 25 Noes Sobre Alternadores............................................... 25 Alternadores com Indutor (rotor) de Plos Salientes.......... 25 Alternador com Indutor de Plos no Salientes ................. 26 Funcionamento do Alternador............................................ 26 Motor Sncrono Trifsico ........................................................ 29 Gerador de Corrente Contnua............................................... 31 Dnamo .............................................................................. 31 Motor de Corrente Contnua................................................... 35 Princpio de Funcionamento .............................................. 35 Tipos de Motores de Corrente Contnua ............................ 39 Instalaes de Motores de Corrente Contnua................... 41 Defeito nas Ligaes dos Motores de Corrente Contnua.. 45 Defeitos Internos nos Motores de Corrente Contnua ........ 46 Transformador ....................................................................... 49 Princpio de Funcionamento .............................................. 49 Transformadores com mais de um secundrio .................. 52 Relao de Transformao ............................................... 53 Tipos de transformador quanto a relao de transformao 55 Relao de Potncia em Transformadores........................ 57 59 Potncia em transformadores com mais de um secundrio Transformador Trifsico ......................................................... 61 Acessrios do Transformador............................................ 64 Resfriamento dos transformadores.................................... 65 Transformadores a leo..................................................... 66 Ligao ziguezague........................................................... 73 Aterramento ........................................................................... 75 Escolha do Condutor de Proteo ..................................... 78 Coneco com Terminais .................................................. 84 Solda de Cabo Haste de Aterramento ............................ 85 Determinao do que aterrar ............................................. 86 Utilizao do Neutro como Condutor de Proteo ............. 89_________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Esprito Santo 5

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Condies para Uso do Neutro no Aterramento................. 91 Classificao dos Sistemas ............................................... 92 Sistema de Aterramento .................................................... 92 Valor da Tenso em Sistemas de Baixa Tenso................ 96

Pra-Raios Prediais................................................................ 97 Eletricidade Atmosfrica .................................................... 97 O pra-raios e sua atuao................................................ 99 Classificao dos pra-raios .............................................. 100 Pra-raios comum.............................................................. 102 Pra-raios Ionizantes ......................................................... 106 Resistncia de Terra.......................................................... 111 Quadro de Distribuio........................................................... 113 Quadros de Luz ................................................................. 113 Quadros Gerais de Fora................................................... 113 Quadros de Comando e Controle ...................................... 115 Disjuntores ............................................................................. 117 Capacitor ................................................................................ 121 Capacidade de um Capacitor............................................. 121 Energia potencial no capacitor ........................................... 122 Constante dieltrica ........................................................... 122 Capacitor plano.................................................................. 123 Capacidade equivalente a uma associao de capacitores126 Associao em srie de capacitores.................................. 127 Associao em paralelo de capacitores ............................. 128 Capacitores utilizados para correo de fator de potncia. 132 Fator de potncia e seus efeitos ........................................ 133 Interruptor de Corrente de Fuga ............................................. 141 Rels de Tempo ..................................................................... 143 Lmpadas............................................................................... 145 Classificao...................................................................... 145 Vida til e Rendimento Luminoso nas Lmpadas.............. 166 Emprego de Ignitores......................................................... 167 Luminrias ......................................................................... 168 Segurana Fusveis Tipo NH e Diazed .............................. 170 As Caractersticas dos Fusveis Tipo Diazed e NH ............ 173 Chaves Auxiliares Tipo Botoeira ........................................ 177 Rels Trmicos .................................................................. 179 Contatores ......................................................................... 183 Exerccios............................................................................... 186_________________________________________________________________________________________________ CST Companhia Siderrgica de Tubaro 6

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Mquinas Eltricas Rotativas

Noes Gerais Sobre Motores Eltricos Os motores eltricos so mquinas que transformam energia eltrica em energia mecnica; assim, ao ligarmos um motor rede, ele ir absorver uma dada quantidade de energia eltrica, e em troca aciona uma carga, por exemplo, um bonde. Este processo de converso da forma de energia anlogo ao que se verifica num motor a gasolina. Neste motor, tambm dito motor a exploso, aproveita-se a energia proveniente da queima de combustvel para movimentar o veculo. Num motor eltrico o combustvel a energia eltrica. Os motores eltricos em geral se compem de duas partes: o rotor que a parte mvel e o estator ou carcaa que a parte fixa.

Estator ou Carcaa

Rotor

Podemos classificar os motores, quanto energia eltrica absorvida, da seguinte maneira: monofasico de CA trifasico Motores eletricos de CC

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Os motores eltricos de corrente alternada funcionam quando ligados uma rede de tenso alternada; so monofsicos ou trifsicos se necessitam de tenso monofsica ou de tenso trifsica. Os motores eltricos de corrente contnua funcionam quando ligados uma rede de tenso contnua. Os motores de CA so hoje os mais utilizados; podemos encontr-los em refrigeradores domsticos. em mquinas ferramentas etc. Os motores de CC so de emprego mais restrito, sendo encontrados na trao eltrica, grandes laminadores etc. Vamos estudar com maior profundidade os motores de CA. Eles podem se classificar, segundo o sistema eltrico de alimentao e o princpio de funcionamento ou arranque, em: de induo ou assincrono sincrono

de rotor emcurto ou gaiola de esquilo de rotor bobinado

Motores trifsicos

de induo ou assincrono Motores monofsicos srie

de arranque capacitativo e marcha indutiva (fase dividida) de arranque por repulso de plo dividido

Existem outros tipos de motores de CA, que se encontram mais raramente. Os motores de induo (tanto trifsicos como monofsicos) possuem no estator um jogo de bobinas que produzem um campo magntico. No interior do motor, apoiandose sobre mancais, encontra-se a parte mvel, ou rotor. Este rotor dispe de um enrolamento constitudo por simples condutores ou barras postas em curto-circuito entre si (rotor em curto ou em gaiola de esquilo) ou podem tambm possuir um outro tipo de enrolamento, cujos extremos so levados a anis coletores eletricamente isolados do eixo e entre si e sobre os quais se apoiam escovas de carvo, fixas ao estator, que nos permitem ligar o motor a um circuito externo.

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Rotor Gaiola

Rotor Bobinado

O motor de induo possui velocidade praticamente constante. Os motores de induo de pequena potncia so, na maioria das vezes, monofsicos, com rotor em curto; para a partida necessitam de dispositivos especiais, uma vez que no tem arranque prprio. J os motores trifsicos de induo so de maior potncia e tem arranque prprio. Como exigem grande corrente da rede, no instante de partida, usam-se dispositivos especiais para diminula. No motor monofsico srie ou universal o enrolamento do rotor levado s escovas, por intermdio de um comutador (coletor constitudo por lminas isoladas entre si), e ligado ao estator. Este tipo de motor funciona tanto com CC como com CA. Possui velocidade varivel. No motor repulso o enrolamento do rotor levado s escovas que esto ligadas em curto circuito. Possui velocidade varivel, sendo usualmente empregado como motor repulso induo. Na partida funciona como motor de repulso (que tem arranque prprio) e, posteriormente, por um dispositivo centrfugo, as lminas do coletor so colocadas em curtocircuito, passando a funcionar como motor de induo monofsico. Os motores de corrente contnua podem ser classificados segundo o modo de excitao em: motores series auto excitados motores paralelos motores mistos ou compound Motores de CC com excita ao independente Num motor de CC distinguimos o estator com plos indutores, o rotor com enrolamento induzido e o comutador.

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Eles so empregados em razo de terem suas velocidades variveis, conforme a corrente no campo indutor. De acordo com as normas brasileiras de eletrotcnica NB-3, todos os motores eltricos devem possuir uma placa metlica firmemente presa ao estator, na qual so marcadas, de maneira legvel, pelo menos as seguintes caractersticas: nome, marca comerciante; comercial ou smbolo identificador do

tipo, srie e nmero de fabricao; espcie de corrente (alternada ou contnua); Espcie de motor ( induo, paralelo, etc.); O nmero de fases ou freqncia em ciclos/seg. (motores de CA); potncia nominal em KW, HP (1 HP = 0,746 KW), ou em c.v. (1 c.v. = 0,736 KW); tenso nominal ou tenses nominais de operao; corrente nominal plena carga; velocidade angular nominal plena carga (rotaes p/min.); tenso e corrente do circuito secundrio (motores de induo com rotor bobinado de anis). Todos os motores devem trazer, ainda, na mesma ou noutra placa, o esquema das ligaes. As placas de caractersticas podem ainda indicar: fator de potncia nominal plena carga; espcie de servio (contnuo, de pequena durao; quando falta esta indicao, o motor de servio contnuo); o aumento permissvel da temperatura dos enrolamentos e partes adjacentes, em graus centgrados; O fator de servio (sobrecarga que o motor pode suportar em servio contnuo).

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Motores de Corrente Alternada Motor Universal O motor eltrico universal um motor que permite ligao, tanto na corrente contnua como na corrente alternada, pois o seu rotor bem como seu estator so formados por chapas de ferrosilcio, que reduzem ao mnimo os efeitos calorficos originados pelas correntes induzidas nas massas metlicas, quando sob a ao de um campo magntico varivel.

Nas ranhuras do estator so alojadas as bobinas de campo (geralmente duas), necessrias para a formao do campo indutor. Nas ranhuras do rotor so enroladas diretamente as bobinas induzidas, cujas pontas terminais so ligadas devidamente nas lminas que formam o coletor.

O induzido I e o campo indutor C, so ligados em srie, como mostra o diagrama. Para a mudana do sentido de rotao, basta inverter as ligaes nos porta-escovas, ou as ligaes das bobinas do campo indutor, quando a colagem de ligaes ao coletor, so equivalentes aos dois sentidos.

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Os motores universais apresentam um alto conjugado de partida, desenvolvem alta velocidade, so construdos para tenses de 110V e 220V CC ou CA e normalmente a sua potncia no vai alm de 300W, salvo em casos especiais. Este tipo de motor aplicado na maioria dos aparelhos portteis eletrodomsticos e em algumas mquinas portteis usadas na indstria. Motor Monofsico de Anel em Curto O motor monofsico de anel em curto um motor de induo de rotor tipo gaiola de esquilo e seu estator de plos salientes com cavidades, onde so colocados anis de cobre ou lato, que abraam pouco menos da metade de cada plo.

criado pelos anis, um fluxo, devido as correntes induzidas produzida pelo fluxo varivel, defasado em atraso do fluxo originado pelas bobinas dos plos indutores, surgindo com a resultante, um campo giratrio. O rotor dentro dele forado a girar no mesmo sentido devido ao campo produzido pelas correntes induzidas nas barras alojadas nas ranhuras do rotor.

So construdos para tenses de 110V e 220V, 50 ou 60 Hz, 25W a 120W e normalmente para 2 - 4 e 6 plos para velocidades de 900 a 2800 R.P.M. em 50 Hz e 1000 a 3400 R.P.M. para 60 Hz. tem velocidade constante no admite regulagem e nem reversibilidade._________________________________________________________________________________________________ CST Companhia Siderrgica de Tubaro 12

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A aplicao desses motores se faz em pequenas mquinas tais como: toca-discos, relgios, servo-mecanismos, etc; porque um motor de baixo conjugado de partida e baixo rendimento. Motor Monofsico de Fase Auxiliar O motor de fase auxiliar um motor de induo constitudo de um rotor tipo gaiola de esquilo e um estator formado por coroas de chapas isoladas de ferro-silcio, com ranhuras na parte interna, fixadas numa carcaa. Os enrolamentos, principal e auxiliar so alojados nas ranhuras isoladas, deslocadas de um ngulo de 90 eltricos um do outro. Os motores monofsicos de induo sem dispositivos de partida, no tem arranque prprio, por no produzir campo rotativo, da a necessidade, de se utilizar a fase auxiliar com caractersticas diferentes do principal, para que os campos magnticos defasados entre si, produzam uma resultante rotativa, que por induo movimente o rotor tipo gaiola colocado dentro dele. O enrolamento principal calculado de modo preciso, mas o auxiliar conseguido de maneira emprica, mas sempre em relao ao principal, isto , o auxiliar vai de 34% a 80% do nmero de condutores do principal e a seo do condutor varia de 30% a 50% do condutor empregado no principal, calculado para 110V.

Para duas tenses, basta desdobrar o enrolamento do principal calculado inicialmente para 110V em duas vezes o nmero de condutores, com sua seo reduzida pela metade, dividido em dois circuitos, para que possibilite ligar em paralelo para 110V e em srie para 220V.

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O enrolamento auxiliar no deve ser modificado para 220V, mas seus terminais devero ser ligados um num dos extremos e o outro no centro da ligao srie do principal, para que o condensador que fica ligado em srie com o auxiliar, no receba uma tenso alm de 110V. Geralmente usado o enrolamento auxiliar somente para o arranque, depois, por intermdio de um interruptor comandado por um dispositivo centrfugo o auxiliar desligado, permanecendo o campo rotativo pela ao do sentido de rotao do rotor e pela componente de campo criada pelas correntes induzidas nas barras do tipo gaiola (rotor em curto). Atualmente estes motores so fabricados para duas tenses. 110V e 220V, para as freqncias de 50 Hz ou 60 Hz, para as potncias, de 1/6 a 2 c.v. Sobre o motor colocado um condensador eletroltico com sua proteo conforme a figura abaixo.

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Nas tabelas abaixo temos as caractersticas principais dos motores monofsicos de fase auxiliar. A tabela ao lado d o valor da corrente em ampres dos motores monofsicos em geral, nas diversas potncias relacionadas com a tenso de alimentao. C.V. 1/6 1/4 1/2 3/4 1 1 1/2 2 110V (A) 3,2 4,6 7,4 10,2 13,0 18,4 24,0 220V (A) 1,6 2,3 3,7 5,1 6,5 9,2 12,0

Nmero de Plos 2 4 6 Em vazio 3.000 1.500 1.000

Velocidade aproximada em R.P.M. 50 Hertz plena carga 2.920 1.435 960 Em vazio 3.600 1.800 1.200 60 Hertz plena carga 3.500 1.730 1.140

Para velocidade em vazio foi tomada a velocidade de sincronismo, embora, na prtica, essa velocidade seja ligeiramente menor. A velocidade marcada na placa dos motores refere-se quela medida plena carga. Os motores monofsicos de induo tem os seguintes inconvenientes: Pequena capacidade para suportar sobrecarga; Baixo rendimento; Baixo fator de potncia; Manuteno de custo elevado.

Os motores monofsicos de induo de fase auxiliar so utilizados em mquinas de lavar roupas, em eletrobombas, em geladeiras, enceradeiras de potncia elevadas, etc.

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O condensador aplicado nos motores de fase auxiliar tem dupla finalidade: dar maior conjugado no arranque; produzir maior defasamento entre os campos magnticos principais e auxiliar. A capacidade dos condensadores de partida, determinada experimentalmente pelos fabricantes de motores, varia ao variar a potncia do motor, conforme a tabela abaixo com limite mximo at 1 c.v. Condensadores de Partida C.V. 1/6 1/4 1/3 1/2 3/4 1 microfarads (F) de 161 at 193 de 216 at 259 de 270 at 324 de 340 at 408 de 430 at 516 de 540 at 648

Motor Trifsico Assncrono O motor trifsico se compe de um estator com ranhuras no seu interior, onde so alojadas vrias bobinas perfeitamente isoladas da massa estatrica e entre si, devidamente distribudas e ligadas formando trs circuitos distintos e simtricos chamados fases. Estas fases devero estar ligadas em tringulo () ou estrela () a uma rede trifsica para que suas bobinas produzam um campo resultante giratrio de valor invarivel. O motor trifsico de aplicao mais comum tem seu rotor do tipo gaiola de esquilo, podendo tambm ser do tipo bobinado com anis para controlar o arranque por intermdio de reostato. O campo giratrio ao passar pelas barras ou condutores produz nestes correntes induzidas, fazendo com que o rotor crie um campo magntico que acompanhe seu sentido de giro. Pode-se enunciar o seguinte princpio de funcionamento: trs enrolamentos idnticos A, B e C simetricamente colocados com os respectivos eixos a 120 entre si, percorridos por trs correntes alternadas de igual freqncia e valor eficaz, mas defasadas uma da outra de 120 eltricos ou de 1/3 de perodo, produzem um campo magntico rotativo R com amplitude constante, igual a 1,5 vezes o valor mximo de cada um dos trs campos componentes A, B e C._________________________________________________________________________________________________ CST Companhia Siderrgica de Tubaro 16

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R = 1,5 x B, onde B = mximo no instante considerado.

O campo magntico rotativo gira com velocidade uniforme, fazendo uma rotao em cada perodo da corrente de alimentao. O sentido de giro est subordinado seqncia de fases das correntes nos trs enrolamentos das fases do motor que para girar ao contrrio preciso inverter-se a corrente de dois enrolamentos. Em geral, os trs enrolamentos so ligados em estrela ou tringulo, para receber ligao de uma linha trifsica com trs fios. O sentido de giro do campo poder ser invertido, trocando-se simplesmente dois fios da linha ligados aos terminais do motor.

O grfico abaixo mostra uma curva senoidal que a representao da f.e.m. da corrente alternativa, e do campo magntico varivel produzido por uma corrente que varia periodicamente seu sentido e sua intensidade.

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O motor trifsico de induo tem rotao de campo girante de acordo com a freqncia da rede e do nmero de pares de plos: n =

120 x f , onde: f = frequncia de rede eltrica e P

P

= nmero de plos do motor Escorregamento A diferena entre a velocidade do campo girante e a do rotor dse o nome de escorregamento. Geralmente o escorregamento expresso percentualmente em relao velocidade de sincronismo. Seu valor baixo quando o motor funciona vazio. O escorregamento calculado pela relao: s = onde: s = escorregamento, em %; ns = velocidade sncrona; n = velocidade do rotor. O rotor do motor plena carga d um escorregamento que varia de 3% para os motores potentes at 6% para os de pequena potncia. Estes motores levam vantagem sobre o motor sncrono, pelo fato de poder partir com carga. H dois tipos de motores de induo, conforme a forma do enrolamento do seu induzido: Motor de rotor gaiola de esquilo; Motor de rotor bobinado. Rotor com Gaiola de Esquilo O enrolamento do induzido deste tipo de motor formado por barras de alumnio ou cobre, colocadas dentro das ranhuras do rotor e tendo suas extremidades reunidas atravs de anis de curto circuito; as barras, quando de cobre, so soldadas aos anis. Este motor tambm chamado rotor em curto circuito.

ns n x 100 ns

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A velocidade do motor praticamente constante, pois o escorregamento varia pouco com a carga. O fator de potncia aumenta com a utilizao do motor at prximo plena carga nominal, quando alcana o seu mximo; a partir de ento elevando-se a carga, diminuir o valor de cos . O rendimento cresce, com a carga, at determinado ponto, tambm vizinho plena carga nominal quando as perdas fixas e variveis se equivalem; alm deste ponto o rendimento passa a baixar. As caractersticas acima podem ser observadas no grfico seguinte, onde 3 curvas relacionam o rendimento, a velocidade e o fator de potncia com a potncia solicitada ao motor.

O conjugado que vem relacionado com o escorregamento, no grfico seguinte baixo no incio do funcionamento, sendo prprio para arranques sem carga. Quando se necessita maior conjugado no incio do funcionamento eleva-se a resistncia do induzido usando-se rotores com dupla ou tripla gaiola, ou ainda com ranhuras profundas.

O motor de induo com o rotor em curto circuito prprio para comando de eixo de transmisso, acionando bombas centrfugas, compressores de ar, ventiladores, tornos mecnicos etc.

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Rotor Bobinado O enrolamento do induzido constitudo por condutores de cobre isolados entre si e montados nas ranhuras do rotor. O conjugado no arranque, deste tipo de motor, bem melhor que o anterior porque podemos inserir resistores em srie com as fases do enrolamento do rotor. H tipos em que os resistores so montados no rotor e eliminados, quando a mquina atinge a sua velocidade normal, atravs de mecanismos centrfugos. Outro tipo de rotor bobinado aquele em que seus enrolamentos se ligam anis coletores sobre os quais apoiamse as escovas. Para entes tipos usam-se reostatos, em estrela (), ligados em srie com os enrolamentos do rotor atravs de escovas e anis coletores. A medida que o motor aumenta a usa velocidade, manobra-se o reostato a fim de retirar gradativamente os resistores do circuito at ligar os enrolamentos em estrela. Em alguns tipos de motores, para que as escovas no fiquem desgastando-se durante a marcha normal, elas so suspensas e, atravs de alavancas, os anis so curto circuitados. Com a adio de reostatos alm de se melhorar o conjugado do motor pode-se variar a velocidade do mesmo, porm com o inconveniente de aumentar a perda por efeito Joule nos resistores, diminuindo o seu rendimento. O motor com rotor bobinado usado quando se necessita arrancar com carga e ainda quando se precisa variar a velocidade, como no caso das gruas, elevadores, etc. Os motores de induo, gaiola ou rotor bobinado, apresentam as seguintes vantagens: So simples, robustos, de arranque prprio e bom rendimento. O tipo gaiola de esquilo deve ser utilizado em todos os locais onde haja perigo de exploso, visto no produzir fascas, pois no contm contatos deslizantes (coletor, escovas, etc.). O tipo com rotor bobinado empregado quando h necessidade de arranque e paradas freqentes (servio intermitente) que exige maior conjugado inicial. Alm disso, com reostatos se tem velocidade regulvel. Como desvantagens dos motores assncronos citamos: o fator de potncia no igual a unidade, sendo baixo nos motores de pequena potncia, salvo no caso de serem bem construdos. O tipo gaiola de esquilo apresenta um baixo conjugado inicial, exceto nos de gaiolas especiais, e sua velocidade no pode ser regulada por meios comuns. Quando for necessrio a velocidade na proporo de 2 para 1 ou vice-versa, usa-se efetuar enrolamentos especiais de estator.

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Defeitos nas Ligaes dos Motores de C.A. Trataremos apenas dos defeitos externos mais freqentes dos motores de CA. O Motor No Arranca Interrupo de uma ou mais fases da rede Com o auxlio de um multmetro, pode ser verificado se h fios interrompidos, conexo solta, contato frouxo, fusvel queimado, ou falta de tenso em uma ou mais fases da rede. Com exceo da ltima, que depende da rede da distribuio externa, as outras causas podem ser facilmente reparadas. Reostato de arranque interrompido Com o auxlio de um multmetro, pode se verificar a continuidade do circuito dos resistores ou o mau funcionamento dos contatos. Este defeito de fcil reparao. Motor no permanece com sua velocidade nominal com carga Tenso baixa Com a diminuio da tenso, velocidade decresce, pois a potncia proporcional a ela. Com um voltmetro devemos conferir o valor da tenso e ajust-la ao devido valor, quando possvel. Ligao trocada Corrige-se o defeito trocando-se as ligaes. Aquecimento anormal Interrupo de uma das fases O motor funciona como se fosse monofsico, sua velocidade baixa e apresenta um rudo caracterstico, consome uma corrente muito maior que a de regime e, no caso de estar com carga, acaba por queimar o enrolamento. Deve-se parar a mquina imediatamente, localizar o defeito com um multmetro e repar-lo, sempre que possvel. Ligao trocada Corrige-se o defeito, mudando-se as ligaes. Caso se mude as ligaes e o motor continue apresentando o problema, por que o defeito interno.

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Defeitos Internos nos Motores de C.A. Assncronos O Motor No Arranca Interrupo numa das fases do estator trifsico A interrupo numa das fases dos motores trifsicos transforma o enrolamento em monofsico e o motor no arranca. o consumo de corrente ser excessivo e o enrolamento, como bvio, se aquecer demasiadamente, podendo at queimar o motor. Com um multmetro, procura-se a fase interrompida e a seguir, usando-se o mesmo processo, verifica-se qual a ligao ou bobina defeituosa. Encontrando-se o defeito, o reparo simples. Interrupo do circuito de trabalho ou auxiliar dos estatores monofsicos A interrupo na alimentao de uma das bobinas (ou nas prprias bobinas), no condensador ou no interruptor centrfugo faz com que o motor no arranque. Localize o defeito como anteriormente e repare. Rotor roando no estator O entreferro de motores de pequena e mdia potncia muito reduzido e qualquer desgaste de mancais ou defeitos nos rolamentos desloca o rotor que entra em contato com o estator; tem-se ento o rotor bloqueado em razo da atrao magntica, o que faz com que o rotor permanea parado. Constatado o defeito, proceder o reparo dos mancais ou rolamentos. Interrupo em uma das fases do rotor bobinado Havendo interrupo em uma das fases do rotor, o motor no d partida. Com um multmetro observar os defeitos que podem ser devido falta de contato das escovas com os anis, ligaes no executadas ou bobinas interrompidas. Constatado o defeito, proceder o reparo. O Motor No Mantm Carga Fase interrompida no enrolamento do rotor bobinado A interrupo de uma fase no rotor bobinado, durante o funcionamento sob carga provoca perda de velocidade do motor, gradualmente, at parar; essa anomalia verificada tambm por um rudo caracterstico. A localizao deste defeito se efetua ligando-se trs ampermetros em srie com as fases respectivas do rotor. No funcionamento vazio, as correntes assinaladas nos aparelhos so iguais; a medida que se carrega o motor, h diminuio da velocidade e um desequilbrio nas fases do rotor que se observa nos ampermetros. Num dos aparelhos a corrente cai a zero e nos outros dois, ela se eleva, indicando a fase interrompida naquela em que a corrente se anula. Procurar o defeito e efetuar o reparo.

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Defeito de fundio ou de solda no rotor gaiola de esquilo Pode acontecer que, na fundio, o alumnio no encha completamente as ranhuras, ficando as barras defeituosas, ou ainda, partirem-se devido ao esforo a que o rotor est submetido. Em se tratando de barras de cobre, ligadas ao anel de curto circuito, com solda fraca, podem elas, por aquecimento, dessoldarem-se. Essas irregularidades trazem consigo aumento de resistncia do rotor, o motor se aquece e a velocidade ser inferior do regime. Inspecionando-se o rotor, constata-se o defeito e substitui-se o induzido ou refaz-se a solda conforme o caso. sempre prefervel usar a solda forte ao invs da solda fraca, pois o ponto de fuso da solda forte mais elevado que o da fraca. Aquecimento Anormal Interrupo numa fase do estator Durante o funcionamento, ocorrendo a interrupo numa fase do estator, o motor passa a trabalhar como monofsico, absorvendo maiores correntes e aquecendo exageradamente. Deve-se parar o motor, verificar a fase interrompida, com um multmetro e efetuar o conserto. O interruptor centrfugo no desliga (motores monofsicos) O circuito auxiliar dos motores monofsicos no sendo interrompido durante o funcionamento , provoca aquecimento do motor podendo queimar o enrolamento. Verificar o interruptor centrfugo e repar-lo. Ligaes erradas Engano nas ligaes das fases ou nos grupos de bobinas de uma fase, ou ainda desigualdade do nmero de espiras nas fases do lugar a desequilbrios de correntes. Comumente a corrente resulta ser superior a do regime e o aquecimento ser anormal. Com trs ampermetros inserido em srie nas fases do motor verificam-se as diferenas das correntes. Tambm pode ocorrer dissimetria devido a curto circuito entre espiras de uma fase. Localizar o defeito, com instrumento adequado e conferir as ligaes. Refazer as conexes conforme esquema ou trocar bobinas com espiras em curto.

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Curto circuito no rotor bobinado Contato entre espiras ou entre bobinas do rotor, provocam maior consumo de corrente do estator, principalmente no arranque, e forte aquecimento. Localizar o defeito com instrumento adequado e efetuar o reparo. Contato defeituoso entre barras e anis de curto circuito A f.e.m. induzida nas barras do rotor muito pequena e a corrente, dada a baixa resistncia da gaiola, grande. Os contatos, quando imperfeitos, provocam aumento de resistncia, havendo, pela Lei de Joule, aquecimento suficiente para dessoldar as barras de anis (quando se trata de solda fraca). Com este defeito o motor perde velocidade. Com gaiola de alumnio fundido sob presso ou com barras de cobre unidas aos anis, com solda forte, estes inconvenientes no se manifestam. Umidade ou leo nos enrolamentos Umidade ou leo nos enrolamentos baixa a resistncia do isolamento, provocando aquecimento anormal na mquina. Quando este fica depositado em lugar pouco arejado e com vapor de gua os enrolamentos adquirem umidade. de boa norma efetuar um teste de isolao antes de colocarmos a mquina em funcionamento. No caso do leo lubrificante escorregar dos mancais, penetrando nos enrolamentos; necessrio efetuarmos um teste de isolao, pois tanto a umidade como o leo lubrificante estragam o verniz dos enrolamentos. Para repararmos estes inconvenientes necessrio colocarmos a mquina em estufa, tendo o cuidado de retirar as partes que podem se danificar com a temperatura que vai aproximadamente a 100C. Em alguns casos torna-se necessrio aplicar nova camada de verniz nos enrolamentos. Enrolamento do estator ou do rotor ligados massa Com um meghmetro, verificar se h contato entre condutores e massa. localizar as bobinas defeituosas e isol-las ou substitulas por outras novas, conforme a necessidade. Mancais ou rolamentos gastos Verificar a folga nos mancais e rolamentos e proceder a reparao do mancal ou substituio dos rolamentos.

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Defeitos de lubrificao (falta ou excesso) Verificar os mancais e reparar caso haja excesso ou falta de lubrificao. Funcionamento Ruidoso Rotor desequilibrado O defeito se manifesta com um rudo peridico, tanto mais acentuado quanto for o desequilbrio do rotor e excessiva vibrao da mquina. Essa irregularidade pode ser proveniente de um enrolamento mal distribudo. Deve-se restabelecer de imediato, o equilbrio esttico, com mquina apropriada; o desequilbrio faz com que a parte mais pesada do rotor se desloque para baixo. Adicionase ou retira-se um contrapeso, que pode ser de chumbo, na parte diametralmente oposta. A fixao deste contrapeso deve ser firme para evitar que se solte sob a ao da rotao.

Desgaste dos mancais ou rolamentos O desgaste dos mancais ou dos rolamentos provoca um ronco no motor que pode ser contnuo ou intermitente. Reparar os mancais ou substituir os rolamentos quando comprovada essa anomalia. Induo excessiva Sobre carga, tenso superior normal, e freqncia inferior a de regime fazem com que a induo se eleve, provocando aquecimento do motor e funcionamento ruidoso. A sobrecarga eleva a corrente acima do normal, aumentando por conseguinte o nmero de ampre-espiras, o que determina excesso de induo. A tenso superior normal e a freqncia inferior do regime produzem o mesmo efeito da sobrecarga. A induo excessiva se elimina fazendo com que o motor trabalhe dentro de suas caractersticas que esto indicadas na placa fixada na carcaa.

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Alternadores

Noes Sobre Alternadores Todas as mquinas que geram corrente alternada so chamadas de alternadores. Durante cinqenta ou sessenta anos tem-se fabricado diferentes tipos de alternadores, quanto s suas formas e tamanhos que foram se modificando dentro da linha evolutiva do progresso industrial. Atualmente se fabricam alternadores de dois tipos: o de plos indutores salientes que acoplado a um motor de baixa velocidade e o turbo-alternador de plos indutores no salientes que acoplado a uma turbina que gira a alta velocidade. Os dois modelos so bastantes parecidos e possuem um induzido fixo e um indutor mvel. D-se tambm parte fixa de uma mquina de Corrente Alternada o nome de estator e parte mvel o nome de rotor.

Alternadores com Indutor (rotor) de Plos Salientes formado por um ncleo polar fixado na superfcie de um volante de ao fundido. Cada ncleo envolvido com uma bobina fixada na sua parte superior por uma sapata polar constituindo o que chamamos de peas polares. As bobinas so ligadas em srie e tem seus terminais presos a anis coletores, isolados e fixos ao eixo do indutor. Esses anis permitem a sua excitao por uma fonte de corrente contnua. As bobinas so ligadas alternadamente formando os plos norte e sul nas peas polares. Os plos formados so sempre em nmeros pares.

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O estator se compe de um anel fixo onde so alojadas as bobinas que formam o enrolamento do induzido. Esse anel constitudo de um empilhamento de chapas de ao silcio isoladas entre si e que formam quando prensadas um bloco macio. As bobinas que constituem o enrolamento, so encaixadas em ranhuras ou canais que podem ser fechados ou abertos situados na periferia interna do anel chamado estator.

Alternador com Indutor de Plos no Salientes uma mquina de alta rotao prpria para fornecer potncias elevadas. Esse tipo de alternador, geralmente acoplado a turbinas hidrulicas ou a vapor. O indutor ou rotor construdo com dimetro relativamente pequeno e grande comprimento para no sofrer as conseqncias da fora centrfuga. O cilindro de ao macio formado pelo empilhamento de chapas prensadas e fixadas por processos diversos. Na periferia so abertos os canais onde se alojam as bobinas que, devidamente ligadas constituem o enrolamento. Esses canais aps receberem o enrolamento so fechados por talas de bronze fixadas por processo especial. O induzido desse tipo de alternador pouco difere do de plos salientes, existindo apenas pequenos espaos entre empilhamento das chapas para favorecer a ventilao do alternador.

Funcionamento do Alternador A energia eltrica produzida no alternador se baseia no princpio de que todo condutor quando cortado por um campo magntico e desde que haja movimento relativo entre este campo magntico e o condutor induzida nele uma fora eletro-motriz (Lei de Faraday).

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No h variao de fluxo no h tenso induzida

H pequena variao de fluxo aparece uma pequena tenso

Mxima variao de fluxo mxima tenso induzida

A senoide ao lado representada, o grfico de uma f.e.m. alternada gerada numa rotao completa da bobina acima.

Se uma bobina rodar num campo magntico as variaes de fluxo do plo norte e do plo sul sucedem-se na rotao, gerando na bobina uma f.e.m. alternada senoidal. O alternador, conforme descrito anteriormente, para cumprir a sua finalidade (produzir energia eltrica) necessita, dentre outras, das partes seguintes: indutor, induzido, excitao e movimento. O indutor excitado por uma fonte de corrente contnua que cria um campo magntico polarizado no bobinado do indutor. Esse indutor recebe em seu eixo um movimento de rotao que o faz agir dentro do induzido. Com o movimento de rotao o campo magntico do indutor corta os enrolamentos do induzido fazendo gerar uma corrente eltrica alternada com caracterstica trifsica, ou monofsica, conforme a construo do alternador. A freqncia determinada em funo do nmero de pares de plos e da velocidade angular. Sua medida o ciclo por segundo, verificando-se a seguinte relao:

onde:

f = f = p = n =

pxn 120 frequencia em ciclos / segundo ou Hertz (Hz) numero de polos velocidade angular, em r.p.m.

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As freqncias mais usadas no Brasil so de 50 Hz e 60 Hz. As indicaes gerais de um alternador so: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Freqncia em ciclos por segundo; Nmero de fases; Potncia aparente nominal, em voltampres ou mltiplos; Tenso nominal, em volts ou mltiplos; Corrente nominal em ampres ou mltiplos; Velocidade angular em r.p.m; Tipo de servio; Tenso e corrente da exicitatriz.

A variao da tenso pode ser efetuada variando o fluxo por intermdio da variao da tenso de excitao ou variando a velocidade da mquina motriz.

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Motor Sncrono Trifsico

Motor Sncrono Trifsico O motor sncrono constitudo por um estator, ligado rede de CA e um rotor, alimentado por c.c. No estator forma-se um campo girante, o qual arrasta em seu movimento o rotor, em virtude de nele se ter formado um campo magntico pela passagem da c.c. em seus enrolamentos como se v na figura dada a seguir. O motor sncrono trifsico tem um estator semelhante ao estator de um motor de induo trifsico; a diferena fundamental que o rotor equipado com plos salientes, que so excitados em geral por c.c.

A velocidade com que gira o rotor a mesma do campo, e expressa pela frmula n

=

120 x f , onde: f = frequncia da p

rede eltrica, P =nmero de plos, n= velocidade angular, em RPM. O motor sncrono tem velocidade constante sob qualquer condio de carga. Outra caracterstica importante do motor sncrono que, para uma determinada potncia, corrente absorvida pelo motor depende da corrente de excitao, sendo esta dependncia representada pelo grfico.

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_________________________________________________________________________________________________ motor subexcitado F.P. indutivo (em atraso)

plena carga meia carga vazio

motor sobre-excitado F.P. capacitativo (em vano)

A F.P. Unitrio

Estas curvas so chamadas curvas V. Como sabemos: W = E x I x cos W=c E=cte te

Apenas os valores de I e de cos variam. Quando ie baixo I grande e o cos tem valor baixo, sendo a corrente atrasada da tenso. Quando se aumenta ie, o valor de I diminui e cresce o valor de cos , at que no ponto A, I passa por um mnimo e o cos por um mximo. Isto , cos = 1; a corrente est em fase com a tenso. Aumentando-se ainda mais o valor de ie, a corrente aumenta e adianta da tenso, diminuindo o cos ; portanto o motor sncrono pode funcionar com qualquer fator de potncia, sendo por isso, empregado para correo do cos . Entretanto, o motor sncrono no tem arranque prprio, devendo-se empregar dispositivos especiais para iniciar o movimento. Vrios so os mtodos empregados para a partida dos motores sncronos, entre os quais podem citar-se os seguintes: o emprego de um motor auxiliar; fazendo-o funcionar inicialmente como motor de induo. Alm da desvantagem do arranque, o motor sncrono necessita de uma fonte de C.C. para excitar o campo; em virtude disso, os motores sncronos tem seu emprego restrito quase que exclusivamente melhoria do fator de potncia de uma instalao ou sistema de C.A.

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Gerador de Corrente Contnua

Dnamo A corrente contnua encontra aplicao em vrios setores industriais, como, por exemplo: Instalaes de eletroqumica, carga de baterias de acumuladores, trao eltrica, eletroms de aplicaes industriais, solda eltrica a arco voltico, etc. Nas instalaes de eletroqumica a corrente contnua obtida por meio da retificao da corrente alternada por meio de retificadores tungar, de selnio ou de silcio, porm em muitas instalaes deste genero a corrente contnua produzida por dnamos, isto , por mquinas que geram energia eltrica de corrente contnua utilizando energia mecnica produzida por motores trmicos ou por motores assncronos. A base de funcionamento dos dnamos a mesma que a dos alternadores, ou seja: para que uma bobina gere uma f.e.m. preciso que a mesma sofra uma vairao de fluxo (Lei da Induo eletromagntica) f.e.m. =

. t

No h variao de fluxo no h tenso induzida

H pequena variao de fluxo aparece uma pequena tenso

Mxima variao de fluxo mxima tenso induzida

A senoide ao lado representa, o grfico de uma f.e.m. alternada gerada numa rotao completa da bobina acima.

Se uma bobina rodar num campo magntico as variaes de fluxo do plo norte e do plo sul sucedem-se na rotao, gerando na bobina uma f.e.m. alternada senoidal.

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evidenciada ai a impossibilidade de se gerarem f.e.m. contnua diretamente por intermdio de bobinas que girem num campo magntico. Para retificar as f.e.m. alternadas no induzido dos dnamos, usase o coletor formado por lminas de cobre isoladas entre si, tambm chamado comutador. As figuras seguintes mostram de modo simplificado como as f.e.m. alternativas podem ser retificadas por um coletor de 2 lminas e uma bobina.

A figura mostra uma bobina que no instante considerado est produzindo a f.e.m. mxima com o condutor escuro na frente do plo N e o branco na frente do plo S.

A escova B ser sempre positiva e a A sempre negativa enquanto for mantida a rotao indicada pela seta circular e for mantido o sentido de campo, mesmo quando o condutor branco trocar com o preto. O dnamo se compe de um indutor formado pela carcaa, sapatas polares e pelas bobinas de campo.

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As sapatas e as bobinas de campo podem ser 2, 4, 6 ou mais, de acordo com o nmero de plos da mquina. Compe-se de um induzido formado por um pacote de chapas circulares de ferro-silcio isoladas, com ranhuras na sua periferia onde so alojadas as bobinas com as pontas terminais devidamente ligadas as lminas do coletor.

Numa das tampas, tem-se o porta-escovas fixo atravs de buchas isolantes, onde so colocadas as escovas que ficam apoiadas sobre o coletor, exatamente naquelas lminas que esto com as bobinas sem produzir a f.e.m. Abaixo uma vista ampliada do porta-escova de carvo especialmente fabricado para esse fim.

Quanto ligao do indutor, os geradores classificam-se em: 1. Excitao separada (Independente) 2. Auto- excitao, sendo sub-divididas em: a) srie b) paralelo c) mista

Excitao separada (independente)

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Na excitao separada a corrente que circula pelo sistema indutor procedente de uma fonte exterior, enquanto que na outra a corrente vem da prpria mquina.

A auto-excitao possvel tendo em vista a presena do magnetismo remanescente. A rotao do induzido no interior desse pequeno campo faz nascer uma corrente induzida bastante fraca. Esta, circulando pelo indutor, refora o campo magntico, o que torna a corrente mais intensa. A corrente vai aumentando pouco a pouco, e em alguns segundos a mquina fornece a tenso nominal. As indicaes gerais de placa do dnamo so: Potncia nominal em Watts; Tenso nominal em Volts; Corrente nominal, em Ampres; Tipo de servio; Tipo de excitao.

Com um reostato colocado em srie com o indutor pode-se variar a tenso do gerador, para valores inferiores ao valor mximo obtido, quando ligado diretamente. Liga-se: 1 - A1 - L1 A2 - F2 - L2 O gerador de corrente contnua permite a sua reversibilidade, isto , pode funcionar como motor desde que na alimentao das bobinas de campo, se tenha o cuidade de no inverter o sentido da corrente para no perder o magnetismo remanescente.

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Motor de Corrente Contnua

Princpio de Funcionamento Num motor de c.c., tanto o indutor como o induzido so alimentados por corrente contnua. O motor de corrente contnua se compe dos mesmos elementos ou rgos constituintes dos geradores de corrente contnua (dnamo); isto , do ponto de vista de construo nenhuma diferena existe entre o dnamo e o motor. As ligaes entre o campo indutor e o induzido tambm so as mesmas. O campo magntico, originado nas bobinas do induzido, pela passagem da corrente eltrica, deforma o fluxo indutor dando lugar a foras que obrigam os condutores a se deslocarem no sentido que h menor nmero de linhas de fora.

Coletor Numa das extremidades do eixo do motor e isolado dele, achase o coletor sobre o qual apoiam-se as escovas. O coletor constitudo por lminas de cobre isoladas entre si. Os extremos das bobinas do induzido so ligados s lminas do coletor. Conjugado Tambm chamado par motor, o momento da fora que se exerce tangencialmente polia do motor em relao ao seu eixo. O par motor, pela ao eletromagntica, diretamente proporcional ao fluxo indutor e corrente que circula pelo induzido.

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Sendo: C = K x x I; C = conjugado em metroquilograma; K = constante de proporcionalidade que depende dos fatores; = fluxo indutor em maxwell; I = intensidade da corrente em ampres. Fora contra-eletromotriz Os condutores do induzido ao entrarem em rotao cortam o fluxo indutor. Pelo princpio de Faraday nasce nos condutores uma f.e.m. induzida cujo sentido, dado pela Lei de Lenz, (aplicase a regra do saca-rolha), inverso ao da tenso aplicada no motor. A tenso induzida nos condutores recebe o nome de fora contra-eletromotriz. (f.c.e.m.) por se opor a tenso aplicada ao rotor. O valor da f.c.e.m. calculada pela expresso:

E

=

x n x Z p x 8 a 60 x 10

Sendo: E = fora contra-eletromotriz, em volts; n = velocidade angular em r.p.m.; Z = nmero de condutores eficazes; p = nmero de plos; a = pares de ramais internos que dependem do tipo de enrolamento. evidente que no incio da marcha, devido pouca velocidade da mquina a f.c.e.m. baixa, subindo gradativamente at o normal, quando o motor atinge a velocidade de regime. Deve-se notar que o valor da f.c.e.m. deve ser inferior ao da tenso aplicada ao motor. Como a tenso aplicada s escovas do induzido e a f.c.e.m. so opostas, resulta que a tenso na armadura ou induzido dada pela diferena das duas ou seja: u = U - E

Sendo:_________________________________________________________________________________________________ CST Companhia Siderrgica de Tubaro 38

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u = queda de tenso na armadura, em volts; U = tenso aplicada s escovas do induzido, em volts; E = fora contra-eletromotriz, em volts. A corrente do induzido Expressa pela Lei de Ohm, ser: u U - E = r r

I

=

Onde: r = a resistncia do induzido. Esta frmula nos mostra que no incio de marcha, quando a fora contra-eletromotriz, baixa a corrente atingiria um grande valor uma vez que a resistncia interna do induzido pequena. Por isso para limitarmos a corrente de partida so utilizados reostatos de arranque, colocados em srie com o induzido. Velocidade do motor Da expresso de fora-eletromotriz consideraes sobre a velocidade do motor. podemos fazer

E

=

x n x Z x p 60 x 10 8 x aa x E x 10 8 x 60 p x x Z U - E r

donde: n

=

Porm, na corrente do induzido vimos que I donde: E = U - ( I x r ) Substituindo E na equao, resulta:

=

n

=

(U

-

(I

x r)

x Z x p

)

x a

x 10 8 x 60

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Numa primeira aproximao supem-se invarivel a tenso aplicada U, e despreza-se a queda da tenso na armadura I x r = u; Z, p e a so constantes. A velocidade depender ento s do fluxo, sendo inversamente proporcional ao seu valor. Normalmente os motores esto providos de um reostato de campo, em srie com o indutor, a fim de regular o fluxo magntico, ajustando-se assim o valor da velocidade ao ponto desejado. H motores em que a velocidade regulada variandose as espiras do campo. Reao do induzido Alm do campo magntico indutor h o campo criado pela corrente do induzido. Estes fluxos esto defasados de 90. O fluxo total dado pela soma geomtrica destes dois campos, com nova direo. H portanto uma distoro de fluxo. A linha neutra onde devem se apoiar as escovas, determinado pela perpendicular ao fluxo resultante, est situada, com relao a velocidade, atrs da linha neutra terica, normal ao fluxo do indutor. A velocidade neutra determinada onde a f.c.e.m. nula, isto , os pontos onde os condutores no cortam linhas de fora por se deslocarem paralelamente a elas.

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Tipos de Motores de Corrente Contnua O campo e o induzido dos motores de c.c. podem ser conectados de trs maneiras distintas, dando origem a trs tipos de excitao: 1. Motor com excitao srie; 2. Motor com excitao paralela; 3. Motor com excitao mista. A tenso U aplicada s escovas, se divide em duas partes; uma parte dela anulada pela f.c.e.m E , enquanto a outra u = U - E nos d a queda de tenso nos condutores do induzido. Apesar da tenso aplicada no induzido ser U, a tenso que impulsiona a corrente nos condutores ser u. Por esse motivo nos esquemas aplicativos aqui considerados, mostramos um resistor fictcio que provoca uma queda E (que representa a f.c.e.m) ligado em srie com o resistor que representa o enrolamento do induzido e produz a queda u, ambos os resistores representaro o induzido ao qual se aplica a tenso U nas suas escovas. Motor com excitao srie Neste tipo de motor o induzido e o campo so ligados em srie, portanto toda a corrente do induzido circula tambm pelo campo. Esquematicamente mquina srie assim representada:

Sendo: u = queda de tenso no induzido; E = f.c.e.m (aplicada a resistncia fictcia); U = tenso aplicada s escovas; ucs = queda de tenso no campo srie; uL = tenso da linha aplicada no motor. O par motor dada pela expresso C = K x x I . Como neste tipo de motor o fluxo depende diretamente da corrente do induzido, pode-se afirmar que o conjugado varia diretamente 2 com o quadrado da corrente C = Kl . O motor srie possui portanto um grande conjugado inicial.

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A velocidade do motor dada pela expresso:

n

=

K

U -

(

I x r

)

Desprezando a queda I x r e se a tenso for invarivel, resulta que o numerador permanece constante. O denominador, formado pelo fluxo, varia com a carga. Com o crescer da carga aumenta o fluxo e a velocidade baixa, por outro lado, se a carga baixa decresce o fluxo e sobe a velocidade. Para este tipo de motor deve-se ter o cuidado de no deixar a carga baixar demasiadamente, pois sendo o fluxo muito pequeno, h o perigo da mquina disparar com desastrosas conseqncias para os mancais e o induzido. Quando a carga for constante e necessita-se regular a velocidade o campo srie que possui diversas derivaes e que permite variar o nmero de espiras controlando-se assim, o fluxo. H ainda outros processos para controlar a velocidade de um motor srie. O rendimento do motor srie, como tambm do paralelo e misto, cresce rapidamente no incio, alcana seu mximo aproximadamente com 2 da carga nominal para depois baixar. O rendimento alcana sua mximo valor quando as perdas joule se eqivalem s perdas por atrito e no ferro. Os motores com excitao srie so usados onde se exige grande conjugado inicial: trao eltrica, gruas, pontes rolantes, guinchos, etc.

Os motores srie de pequena potncia que possuem o campo laminado servem para funcionar com C.A. e so chamados de motores universais. Dispensam reostatos de arranque.

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Motor de excitao paralelo Neste tipo de motor o campo e o induzido so ligados em derivao, a corrente da linha bifurca-se passando parte pelo campo e o restante pelo induzido. A corrente do campo independente da corrente do induzido. Esta por sua vez, uma funo da carga. Esquematicamente o motor com representado como mostra-se abaixo: excitao paralelo

A frmula do par motor, como j vimos, : C = K x x I. O fluxo invarivel pois, como dissemos acima, a corrente do campo independe, praticamente da carga, resulta que o par motor diretamente proporcional corrente, C = K x I. A velocidade n praticamente constante com a variao da carga. O numerador, pelas mesmas razes, vistas no motor srie, permanece invarivel. O fluxo tambm no varia por ser independente da carga. = K U -

(r

x I

)

Quando for necessrio variar a velocidade do motor derivao, adiciona-se um reostato em srie com o campo; manobrando-se o reostato consegue-se ajustar a corrente do campo que proporciona um fluxo adequado velocidade desejada.\

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Os motores com excitao paralelo so usados onde se requer pequeno par motor inicial e uma velocidade praticamente constante, como nos ventiladores, bombas centrfugas, mquinas ferramentas, etc. Motor com excitao mista Este tipo de motor possui dois campos: um em srie e o outro em paralelo com o induzido. Esquematicamente a mquina com excitao mista pode ser representada por:

O par motor e a velocidade so valores intermedirios aos motores sries e paralelo. Quando se necessita controlar a velocidade age-se sobre o campo paralelo atravs do reostato. Os motores mistos so usados em mquinas que necessita um moderado par motor inicial. Por exemplo: guindastes.

Instalaes de Motores de Corrente Contnua Motor com excitao em derivao

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O diagrama mostra a maneira mais simples de ligar um motor derivao com reostato de arranque (Ra) e com o reostato de regulao de campo (Rc) que serve tambm para ajustar a rotao nominal do motor, ou vari-la dentro de certos limites prximos nominal. Ao se ligar a chave de faca, o cursor do reostato de arranque (Ra) dever estar apoiado sobre o contato n 1 ficando o induzido (i) desligado. O reostato e campo (Rc) dever ficar com o cursor entre a e b ou um pouco mais prximo de a, para que o campo (c) tenha um fluxo mais forte ao se dar o arranque do motor. Isto se dar na passagem do cursor do reostato Ra para o contato n 2. Espera-se o induzido acelerar e gradativamente vai-se retirando a resistncia Ra at chegar no ltimo contato n. Para aumentar a velocidade do motor move-se o cursor de Rc lentamente para o lado de b diminuindo Ic e o fluxo do campo C, com isto o induzido ter que aumentar a sua velocidade para alcanar um valor de f.c.e.m. prxima da tenso aplicada. Para diminuir a velocidade do motor move-se o cursor para o lado de a aumentando Ic e o fluxo do campo (c), com isto o induzido ter que diminuir a sua velocidade, para que o valor de sua f.c.e.m. fique abaixo e prximo ao valor da tenso aplicada. Motor com excitao em srie No motor de excitao em srie, a corrente absorvida pelo induzido produz tambm o fluxo magntico indutor. Este tipo de motor ligado conforme o diagrama abaixo.

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No arranque o valor da corrente (I) elevado e por conseqncia o fluxo magntico tambm ser elevado, assim o conjugado desta mquina resulta proporcional ao quadrado da corrente, adquirindo valores elevados, concluindo-se da que o motor srie indicado nos casos em que o mesmo deve arrancar com carga. No funcionamento vazio a toro resistente muito pequena e em conseqncia, a sua corrente e o fluxo magntico tambm so pequenos, podendo a rotao alcanar valores elevadssimos, para produzir a f.c.e.m. capaz de se aproximar do valor da tenso aplicada. O motor srie funcionando vazio, a nica oposio ao seu movimento constituda pela toro resistente devido s perdas e aos atritos, que nos motores pequenos pode limitar a sua velocidade, impedindo que esta alcance valores destrutivos, no acontecendo o mesmo com as mquinas grandes. Motor com excitao mista Este tipo de motor de corrente contnua, permite aproveitar as vantagens dos motores de excitao em derivao e em srie. Estas vantagens consistem na velocidade constante do motor derivao, reunida com um grande conjugado no arranque do motor srie. O diagrama abaixo, mostra como so ligados os componentes necessrios para o arranque e para o ajuste de velocidade deste tipo de motor.

Com a presena do campo derivao no h possibilidade de disparo, mesmo quando a carga pequena ou ausente.

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Defeito nas Contnua Introduo

Ligaes

dos

Motores

de

Corrente

Como nas mquinas de CA, trataremos, nesta informao, apenas dos defeitos externos mais freqentes nos motores de CC. O motor no arranca Interrupo nas linhas ou falta de tenso Com o auxlio de um multiteste pode ser verificado o ponto falho da instalao, como fusvel interrompido, maus contatos, fio interrompido, defeito nos reostatos etc. As anomalias so de fcil reparao, salvo a falta de tenso que depende da rede de distribuio externa. Erro de ligao do reostato Com um esquema, verificar as ligaes e corrigir as conexes. Aquecimento anormal Verificar a corrente do campo. Se for excessiva, reduzir a excitao. Faiscamento das escovas Excesso de carga A sobrecarga provoca um grande faiscamento das escovas. Com um ampermetro se verifica o excesso de corrente. Retirar a carga excedente. Excitao baixa A diminuio da excitao, alm do valor normal, provoca faiscamento. Manobrar o reostato para o valor da excitao de regime. Aumento de velocidade O excesso de velocidade pode ser causado, nos motores srie, pela falta de carga e, no motor paralelo, pela interrupo do circuito de excitao. Localizar o defeito e reparar.

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Defeitos Internos nos Motores de Corrente Contnua Faiscamento nas Escovas Escovas fora da linha neutra Verificar as escovas e ajust-las no plano de comutao. Isolamento defeituoso entre escovas Desmontar o porta-escovas, verificar a isolao e polir cuidadosamente ao trocar os isolantes que separam as escovas da mquina. Presso irregular das escovas Verificar o porta-escovas e regular a presso das escovas. As escovas so responsveis na maioria das vezes pelo faiscamento que se origina entre elas e o coletor. Caracteriza-se uma boa escova a sua resistncia ao desgaste, ao aquecimento e frico e sua condutibilidade eltrica. As mquinas que trabalham com baixas correntes e tenso no muito elevada suportam escovas semiduras de carvo que contm pouco gravite, so de baixo preo. Para mquinas de grande potncia e alta velocidade, a construo ser com elevada percentagem de grafite. Seu preo caro. Em mquinas de grandes correntes e baixa tenso usam-se escovas compostas de uma mistura de carvo e cobre comprimidos. H ainda outros tipos de escovas. Mau contato entre escovas e coletor Verificar a superfcie de contato das escovas. Colocar sobre o coletor uma lixa fina e sobre ela apertar as escovas sob presso. Girar o eixo com a mo, procurando, ajustar as escovas para que toda sua superfcie apoie-se sobre o coletor. Coletor sujo ou com superfcie irregular O faiscamento neste caso intermitente. Quando sujo, desengraxa-se com benzina ou d-se um polimento com lixa fina. No caso de ser a superfcie rugosa, desmonta-se a mquina e leva-se a um torno para dar-lhe um breve desbaste. Deve-se ter cuidado para que as lminas do coletor no se tornem muito finas. O melhor retificar com rebolo de carburundum de gros finos. Enrolamento do induzido com solda defeituosa ou com solda solta do coletor O faiscamento devido a solda defeituosa provoca um escurecimento nas lminas correspondentes. Quando as pontas forem dessoldadas aparece em outras duas lminas consecutivas, o faiscamento.

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Desmonta-se o induzido e faz-se a prova de continuidade. Esta se faz enviando-se corrente contnua de baixa tenso nas lminas onde deveriam estar as escovas. A seguir mede-se com mili-voltmetro a tenso entre duas lminas adjacentes e assim por diante. as leituras devem ser iguais, salvo nas pontas defeituosas em que a tenso venha a ser diferente do zero. Refazer ou efetuar a solda. Curto circuito no induzido Este defeito pode ser provocado devido a um aquecimento excessivo ou por um isolamento fraco ou defeituoso. O curto circuito do induzido alm do faiscamento provoca um consumo de corrente maior que o normal que pode provocar queima do enrolamento. A localizao deste defeito se faz com a prova eletromagntica (com o eletrom). Substituir as bobinas defeituosas ou se necessrio refazer o enrolamento. Enrolamento do induzido ligado massa Com meghmetro, verificar se h contato entre condutores e massa. Localizar a bobina defeituosa e refazer o isolamento ou substituir por outra nova conforme necessidade. Curto circuito no indutor ou dissimetria do fluxo A extra corrente de abertura devido ao fenmeno de auto induo a maior responsvel pelo curto circuito provocado no indutor. O curto circuito nos indutores tambm pode ser provocado por causas acidentais como umidade, excesso de aquecimento, etc. A dissimetria do fluxo pode ter como origem curto circuito entre algumas espiras ou desigualdade de espiras nos plos. Este defeito mais acentuado nos motores com o enrolamento do induzido em paralelo. Verificar o defeito com instrumento adequado e efetuar o reparo. Excesso de velocidade Bobina de campo interrompida. Localizar o defeito e reparar. Mica saliente Provoca falta de corrente contnua entre coletor e escovas provocando alm de faiscamento funcionamento ruidoso. Rebaixar a mica. Aquecimento Anormal Mancais ou rolamentos gastos. Verificar a folga nos mancais e rolamentos e efetuar reparo ou troca.

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Defeitos da lubrificao Verificar os mancais e reparar caso haja excesso ou falta de lubrificao. Defeito de ventilao Verificar o funcionamento da ventilao e efetuar reparo. Umidade ou leo nos enrolamentos Umidade ou leo nos enrolamentos baixam a resistncia de isolamento, provocando aquecimento anormal na mquina. Quando esta fica depositada em lugar pouco arejado e mido os enrolamentos adquirem umidade. bom efetuar um teste de isolao antes de colocarmos a mquina em funcionamento. No caso do leo lubrificante escorregar dos mancais, penetrando nos enrolamentos; necessrio efetuarmos um teste de isolao pois tanto a umidade como o leo lubrificante estragam o verniz dos enrolamentos. Para repararmos estes inconvenientes necessrio colocarmos a mquina em estufa, tendo o cuidado de retirar as partes que podem se danificar com a temperatura que vai aproximadamente a 100C. Em, alguns casos torna-se necessrio aplicar nova camada de verniz. Curto circuito no induzido Contato entre lminas ou entre elas e a massa provocada pela falta ou m isolao ou ainda por material condutor interposto provocando elevado aquecimento em todo o enrolamento. Tambm espiras em curto circuito podem ser a causa do aquecimento. Verificar o defeito com instrumento adequado e efetuar reparo. Curto circuito nos enrolamentos do campo um curto circuito mesmo pequeno, no enrolamento do campo provoca aumento da corrente de excitao. Com instrumento adequado localizar defeito e reparar. Motor No Arranca Mancais ou enrolamento gastos A folga existente nas partes que suportam o eixo do motor provoca atrao do induzido contra as expanses. Verificar o defeito e reparar. Interrupo ou curto circuito no induzido ou no indutor Com instrumento adequado localizar defeito e reparar.

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Transformador

Princpio de Funcionamento O transformador um dispositivo que permite elevar ou abaixar os valores de tenso ou corrente em um circuito de CA.

A grande maioria dos equipamentos eletrnicos emprega transformadores, seja como elevador ou abaixador de tenses.

Quando uma bobina conectada a uma fonte de CA surge um campo magntico varivel ao seu redor.

Aproximando-se outra bobina primeira o campo magntico varivel gerado na primeira bobina corta as espiras da segunda bobina.

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Como conseqncia da variao de campo magntico sobre suas espiras surge na segunda bobina uma tenso induzida.

A bobina na qual se aplica a tenso CA denominada de primrio do transformador e a bobina onde surge a tenso induzida denominada de secundrio do transformador.

importante observar que as bobinas primria e secundria so eletricamente isoladas entre si. A transferncia de energia de uma para a outra se d exclusivamente atravs das linhas de fora magnticas. A tenso induzida no secundrio de um transformador proporcional ao nmero de linhas magnticas que corta a bobina secundria. Por esta razo, o primrio e o secundrio de um transformador so montados sobre um ncleo de material ferromagntico.

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O ncleo diminui a disperso do campo magntico, fazendo com que o secundrio seja cortado pelo maior nmero de linhas magnticas possvel, obtendo uma melhor transferncia de energia entre primrio e secundrio. As figuras abaixo ilustram o efeito provocado pela colocao do ncleo no transformador.

Com a incluso do ncleo o aproveitamento do fluxo magntico gerado no primrio maior. Entretanto, surge um inconveniente: o ferro macio sofre grande aquecimento com a passagem do fluxo magntico. Para diminuir este aquecimento utiliza-se ferro silicoso laminado para a construo do ncleo.

Com a laminao do ferro se reduzem as correntes parasitas responsveis pelo aquecimento do ncleo. A laminao no elimina o aquecimento, sensivelmente em relao ao ferro macio. mas reduz

A figura abaixo mostra os smbolos empregados para representar o transformador, segundo a norma ABNT.

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Os traos colocados no smbolo entre as bobinas do primrio e secundrio, indicam o ncleo de ferro laminado. O ncleo de ferro empregado em transformadores que funcionam em baixas freqncias (50 Hz, 60 Hz, 120 Hz). Transformadores que funcionam em freqncias mais altas (KHz) geralmente so montados em ncleo de FERRITE. A figura abaixo mostra o smbolo de um transformador com ncleo de ferrite.

Transformadores com mais de um secundrio possvel construir transformadores com mais de um secundrio, de forma a obter diversas tenses diferentes.

Estes tipos de transformadores so muito utilizados em equipamentos eletrnicos.

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Relao de Transformao A aplicao de uma tenso CA ao primrio de um transformador resulta no aparecimento de uma tenso induzida no seu secundrio.

Aumentando-se a tenso aplicada ao primrio, a tenso induzida no secundrio aumenta na mesma proporo.

Verifica-se atravs dos exemplos das figuras acima que, no transformador tomado com exemplo; a tenso do secundrio sempre a metade da tenso aplicada no primrio. A relao entre as tenses no primrio e secundrio depende fundamentalmente da relao entre o nmero de espiras no primrio e secundrio. Num transformador com primrio de 100 espiras e secundrio de 200 espiras a tenso no secundrio ser o dobro da tenso no primrio.

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Denominando-se o nmero de espiras do primrio de NP e do secundrio de NS pode-se escrever:VS 20V = = 2 VP 10V NS = 2 NP

(l-se: saem 2 para cada 1 que entra) Verifica-se que o resultado da relao NS/NP o mesmo da relao VS/VP. Logo, pode-se escrever:VS N = S VP NP

Matematicamente pode-se escrever que, para o transformador usado como exemplo:VS = 0,5 VP

Onde: VS = tenso no secundrio; VP = tenso no primrio.

o resultado desta relao (VS/VP) denominado de relao de transformao.VS = Relao de Transformao VP

A relao de transformao expressa a relao entre a tenso aplicada ao primrio e a tenso induzida no secundrio. Um transformador pode ser construdo de forma a ter qualquer relao de transformao que se necessite. Por exemplo: Relao de Transformador 3 5,2 0,3 Tenses VS = 3 x VP VS = 5,2 x VP VS = 0,3 x VP

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Tipos de transformador transformao

quanto

a

relao

de

Quanto a relao de transformao os transformadores podem ser classificados em trs grupos: transformador elevador transformador abaixador transformador isolador Transformador elevador Denomina-se transformador elevador todo o transformador com uma relao de transformao maior que 1 (NS > NP). Devido ao fato de que o nmero de espiras do secundrio maior que do primrio a tenso do secundrio ser maior que a do primrio. Transformador Elevador NS > NP

VS > VP

A figura abaixo mostra um exemplo de transformador elevador, com relao de transformao de 1,5.

Se uma tenso de 100VCA for aplicada ao primrio no secundrio ser de 150V (100 x 1,5 = 150). Transformador abaixador todo o transformador com relao de transformao menor que 1 (NS < NP). Neste tipo de transformadores a tenso no secundrio menor que no primrio. Transformador Abaixador NS < NP

VS < VP

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A figura abaixo mostra um exemplo de transformador abaixador, com relao de transformao de 0,2.

Neste transformador aplicando-se 50 VCA no primrio a tenso no secundrio ser 10 V (50 x 0,2 = 10). Os transformadores abaixadores so os mais utilizados em eletrnica, para abaixar a tenso das redes eltricas domiciliares (110 V, 220 V), para tenses da ordem de 6 V, 12 V e 15 V necessrias para os equipamentos. Transformador Isolador Denomina-se de isolador o transformador que tem uma relao de transformao 1 (NS = NP). Como o nmero de espiras do primrio e secundrio igual, a tenso no secundrio igual a tenso no primrio. Transformador Isolador NS = NP

VS = VP

A figura abaixo mostra um exemplo de transformador isolador.

Este tipo de transformador utilizado para isolar eletricamente um aparelho da rede eltrica.

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Os transformadores isoladores so muito utilizados em laboratrios de eletrnica para que a tenso presente nas bancadas seja eletricamente isolada da rede.

Relao de Potncia em Transformadores O transformador um dispositivo que permite modificar os valores de tenso e corrente em um circuito de CA. Em realidade, o transformador recebe uma quantidade de energia eltrica no primrio, transforma em campo magntico e converte novamente em energia eltrica disponvel no secundrio.

A quantidade de potncia absorvida da rede eltrica pelo primrio do transformador denominada de potncia do primrio, representada pela notao PP. Admitindo-se que no existam perdas por aquecimento do ncleo, pode-se concluir que toda a potncia absorvida no primrio est disponvel no secundrio.Potncia Disponvel no Secundrio = Potncia Absorvida no Primrio

A potncia disponvel no secundrio denominada de potncia do secundrio PS. Se no existem perdas pode-se afirmar: PS = PP A potncia do primrio depende da tenso aplicada e da corrente absorvida da rede: Potncia do Primrio PP = VP x IP

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A potncia do secundrio produto da tenso e corrente no secundrio: Potncia do Secundrio PS = VS x IS Considerando o transformador como ideal pode-se, ento escrever: PS = PP

VS x IS = VP x IP

Relao de potncias no transformador

Esta equao permite que se determine um valor do transformador se os outros trs forem conhecidos. A seguir esto colocados dois exemplos de aplicao da equao.

Exemplo 1 Um transformador abaixador de 110 V para 6 V dever alimentar no seu secundrio uma carga que absorve uma corrente de 4,5 A. Qual ser a corrente no primrio?

VP x IP = VS x IS

IP

=

VS x IS VP

IP

=

6 V x 4,5 A 110 V

IP =

27 W 110 V

I P = 0,24 A

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Exemplo 2 Um transformador elevador de 110 V para 600V absorve, no primrio, uma corrente de 0,5 A. Que corrente est sendo solicitada no secundrio? VP = 110 V VS = 600 V IP = 0,5 A IS = ? VP x IP = VS x IS VP x IP VS 55 W 600 V

IS

=

IS

=

110 V x 0,5 A 600 V

IS =

IS = 91,67 mA

Potncia em secundrio

transformadores

com

mais

de

um

Quando um transformador tem apenas um secundrio a potncia absorvida pelo primrio a mesma fornecida no secundrio (considerando que no existem perdas por aquecimento).

Quando existe mais de um secundrio, a potncia absorvida da rede pelo primrio a soma das potncias fornecidas em todos os secundrios.

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A potncia absorvida da rede pelo primrio a soma das potncias de todos os secundrios. Matematicamente pode-se escrever:

PP = PS1 + PS2 + . . . . . + PSn

Onde: PP = potncia absorvida pelo primrio; PS1 = potncia fornecida pelo secundrio 1; PS2 = potncia fornecida pelo secundrio 2; PSn = potncia fornecida pelo secundrio n.

Esta equao pode ser reescrita usando os valores de tenso e corrente no transformador. VP = IP = (VS1 x IS1) + (VS2 x IS2) + . . . . + (VSn x Isn) Onde: VP e IP = tenso e corrente no primrio VS1 e IS1 = tenso e corrente no secundrio 1 VS2 e IS2 = tenso e corrente no secundrio 2 VSn e ISn = tenso e corrente no secundrio n.

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Transformador Trifsico

Os transformadores trifsicos tem as mesmas funes que os monofsicos, ou seja, abaixar e elevar a tenso. Mas trabalham com trs fases, ao invs de apenas uma como os monofsicos. Enquanto o transformador de seu televisor tem a funo de reduzir 220 volts para 110 volts, ou estabilizar a tenso, o transformador que voc v nos postes tem por fin