Maquinas - eletricas

Maquinas - eletricas

(Parte 1 de 4)

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

APRESENTAÇÃO
1. TRANSFORMADORES
1.1Relação de Transformação
1.2Relação de Potência em Transformadores
1.3Diagrama Fazorial
1.4Funcionamento de um Transformador a Vazio e com Carga
2. TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS
2.1Tipos de Ligação de Transformadores Trifásicos
2.2Análise de Óleo e Umidade
2.3Resfriamento de Transformadores Trifásicos
2.4Características dos Transformadores
2.5Aplicação
3. MOTORES DE CA MONOFÁSICOS
3.1Motores Tipo universal
3.2Motores Monofásicos de Indução
3.2.1 Motor de Campo Distorcido
3.2.2Motor Monofásico de Fase Auxiliar
4. MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO (MIT)
4.1Construção
4.2Princípio de Funcionamento
4.3Ligação de Motores
4.4Considerações sobre Torque
4.5Características Operacionais
4.6Motor de Indução Trifásico de Rotor Bobinado
Alimentadores
5. MOTOR DE INDUÇÃO - ROTOR DE DUPLA GAIOLA
6. MOTORES DE MÚLTIPLAS VELOCIDADES
6.1Motores de Dois Enrolamentos
6.2Motor Dahlander
7.MOTOR SÍNCRONO TRIFÁSICO

SumárioSumário 4.7Dimensionamento de Circuitos Terminais, Ramais e

8.1Princípio de Funcionamento
8.2Partida dos Motores C
8.3Características de Torque dos Motores C
8.3.1 Motor Série
8.3.2 Motor Shunt
8.3.3 Motor Composto
8.4 Características de Velocidade dos Motores C
8.4.1 Motor Série
8.4.2 Motor Shunt
8.4.3 Motor Composto
8.5Potência Mecânica e Rendimento de um Motor C
8.6Formas de Controle da Velocidade dos Motores C
8.7Reação da Armadura
8.8Enrolamentos
8.9Inversão de Rotação do Motor C
8.10 Frenagens
8.1 Controle de Velocidade do Motor C – Circuito RLE
8.12 Escovas Elétricas
8.13 O Carbono
8.14 Classificação das Escovas
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ApresentaçãoApresentação

“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

1. TRANSFORMADORES1. TRANSFORMADORES

O transformador é um dispositivo que permite elevar ou abaixar os valores de tensão ou corrente em um circuito de CA.

Figura 1.1

A grande maioria dos equipamentos eletrônicos emprega transformadores, seja como elevador ou abaixador de tensões.

Figura 1.2

Quando uma bobina é conectada a uma fonte de CA surge um campo magnético variável ao seu redor.

Figura 1.3 – Campo magnético variável

Aproximando-se outra bobina à primeira, o campo magnético variável gerado na primeira bobina “corta” as espiras da segunda bobina.

Figura 1.4

Como conseqüência da variação de campo magnético sobre suas espiras surge, na segunda bobina, uma tensão induzida.

Figura 1.5

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 1.6

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 1.7

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.

Figura 1.8

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 1.9

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

A aplicação de uma tensão CA ao primário de um transformador resulta no aparecimento de uma tensão induzida no seu secundário.

Aumentando-se a tensão aplicada ao primário, a tensão induzida no secundário aumenta na mesma proporção.

Figura 1.12 – A tensão aplicada no primário dobra, a tensão induzida no secundário também dobra

Verifica-se através dos exemplos das figuras acima que, no transformador tomado com exemplo, a tensão do secundário é sempre a metade da tensão aplicada no primário.

A relação entre as tensões no primário e secundário depende fundamentalmente da relação entre o número de espiras no primário e secundário.

Num transformador com primário de 100 espiras e secundário de 200 espiras, a tensão no secundário será o dobro da tensão no primário.

Figura 1.13 – O dobro de espiras no secundário, o dobro da tensão no secundário

Denomina-se o número de espiras do primário de NP e do secundário de NS. Pode-se escrever:

VS20V NS
== 2 = 2
VP10V NP

(lê-se: saem 2 para cada 1 que entra)

Verifica-se que o resultado da relação NS / NP é o mesmo da relação VS / VP

Logo, pode-se escrever :

VSNS
VPNP

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

VS
VP

onde VS = tensão no secundário. VP = tensão no primário.

VS

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

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.

A quantidade de potência absorvida da rede elétrica pelo primário do transformador é denominada de potência do primário, representada pela notação

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:

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

Potência do Primário ⇒ P = 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 =P

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?

1.3 DIAGRAMA FASORIAL

Figura 1.15 – Relações fasoriais no transformador ideal

1.4 FUNCIONAMENTO DE UM TRANSFORMADOR A VAZIO E COM CARGA

Figura 1.16 – A vazio

Figura 1.17 – Com carga

2. TRANSFORMADOR TRIFÁSICO2. 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

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 ferrosilício. 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.

Esse sistema é mais econômico, pois facilita os serviços de manutenção, reparação e aumento de capacidade do banco de transformadores. A ligação inicial de dois transformadores monofásicos em triângulo aberto permite que um terceiro transformador seja acrescentado quando houver um aumento de carga.

2.1 TIPOS DE LIGAÇÃO DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

As ligações internas entre as três fases do transformador trifásico podem ser feitas de duas maneiras:

−ligação em estrela (y); −ligação em triângulo (∆).

Tudo o que já foi estudado sobre as ligações em estrela e em triângulo vale também para os transformadores trifásicos.

Figura 2.2 - Representações esquemáticas possíveis para esses tipos de ligação

As ligações em estrela e em triângulo são executadas tanto no primário quanto no secundário do transformador. Nos diagramas, as letras H e X representam, respectivamente, o primário e o secundário, enquanto as extremidades dos enrolamentos são identificadas por números.

Figura 2.3 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.

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 .

Símbolo e denominação

Diagrama

Enrolamento de mais alta tensão

Enrolamento de mais baixa tensão

Relação de transformação (tensão entre fases)

EX =EH

Triângulo-triângulo NX’ NH

EX =EH

Estrela-estrela NX NH

Triângulo-ziguezague NX . EH . √3

EX =

Tabela 2.1 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).

Finalmente , mede-se a tensão entre os vários pares de terminais. O resultado deve ser o seguinte :

−tensão entre H2 e x3 igual à tensão entre H3 e X2 ; −tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H1 e X2 ;

−tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H2 e X3 .

Na tabela a seguir, são apresentadas as interligações dos enrolamentos, a relação de transformação e os tipos de ligação que podem ser feitos com os transformadores do grupo B.

Símbolo e denominação

Diagrama

Enrolamento de mais alta tensão

Enrolamento de mais baixa tensão

Relação de transformação (tensão entre fases)

Triângulo-estrela NX . 1,73 . EH

Estrela-triângulo NX . EH

Estrela-ziguezague NX . EH . √3

EX = 2NH

Tabela 2.2

Observação:Nh = número de espiras do primário e Nx = número de espiras do secundário.

2.2 ANALISE DE ÓLEO E UMIDADE

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 2.6

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 2.7 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.

Ecc isolante

Placa A

Placa B ch

Ecc isolante

Placa B if GPlaca A

Circuito Equivalente do Material Isolante

Figura 2.8

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 :

R it ch

Podemos avaliar o estado do isolante através do ângulo δ,chamado de ângulo de perdas

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