máquinas elétricas

5/13/2018 Máquinas Elétricas - slidepdf.com

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Máquinas I

POTENCIA E FATOR DE POTENCIA

A potência instantânea p é o produto da corrente i pela tensão v para um dado instante t .

p = vì (1-5)

Quando v e i forem ambos positivos ou ambos negativos, o seu produto p é positivo.

Portanto, está sendo gasta uma potência através do ciclo (Fig. 1-1). Se i for positivo e V

negativo em qualquer parte do ciclo (Fig. 1-2), ou se v for positivo e i negativo em qualquer

parte do ciclo, o seu produto será negativo. Esta "potência negativa" não está disponível para a

realização de trabalho; é potência que volta para a linha.Fig. 1-1 Diagrama temporal de potência quando a tensão e a corrente estiverem em fase

O produto da tensão na resistência pela corrente que passa pela resistência é sempre

positivo e é chamado de potência real. A potência real pode ser considerada como a potência

resistiva dissipada na forma de calor. Como a tensão através de uma reatância está sempre 90°

fora de fase relativamente à corrente que passa pela reatância, o produto px = vxix é sempre

negativo. Este produto é chamado de potência reativa e é devido à reatância do circuito.

Analogamente, o produto da tensão da linha pela corrente da linha é conhecido como potência

aparente.

1



Máquinas I

Fig. 1.2 Diagrama temporal de potência num circuito RL série quando a corrente segue a tensão pelo

ângulo de fase θ

A potência real, a potência reativa e a potência aparente podem ser representadas: por

um triângulo retângulo (Fig. 1-2a). Desse triângulo trata-se as fórmulas para a potência:

Potência real P = VR IR = VI cos θ , W (1.6)

P = I2R, W (1.7)

P = W ,R

V2(1.8)

Potência reativa Q = Vx I x = VI semθ , VAR (1.9)

Potência aparente S = VI, V A (1.10)

Tendo a tensão da linha V como o fasor de referência, num circuito indutivo, S segue

atrás de P (Fig. 1-3b); enquanto num circuito capacitivo S está adiante de P (Fig. 1-3c).

A razão entre a potência real e a potência aparente, chamada de fator de potência (FP), é

FP = θ θ

coscos

aparente potência

real pôtencia===

VI

VI

VI

VrIr (1.11)

Também da Eq. (1-6)

FP = cos θ =VI

P

(1.12)

2



Máquinas I

O cos θ de um circuito é o fator de potência, FP, do circuito. O fator de potência

determina que parcela da potência aparente é potência real e pode variar desde 1, quando o

ângulo de fase θ é 0°, até 0, quando θ for 90°. Quando θ = 0°, P = VI, a fórmula para a

tensão e corrente de um circuito em fase. Quando θ = 90°, P = VI x 0 = 0, indicando que

nenhuma potência está : sendo gasta ou consumida.

Fig. 1.3 Triângulo de potência

Diz-se que um circuito onde a corrente segue atrás da tensão (i.é, um circuito indutivo)

tem um FP indutivo ou de atraso (Fig. 1-3b), diz-se que um circuito onde a corrente segue na

frente da tensão (i.é, um circuito capacitivo) tem um FP capacitivo ou de avanço.

O fator de potência é expresso como um decimal ou como uma porcentagem. Um fator

de potência de 0,7 tem o mesmo significado que um fator de potência de 70 por cento. Para

unidade (FP = 1, ou 100 por cento), a corrente e a tensão estão em fase. Um FP de 70 por cento quer dizer que o aparelho utiliza somente 70 por cento dos voltamperes da entrada. É

aconselhável que os circuitos projetados tenham um alto FP, pois estes circuitos utilizam da

forma eficiente a corrente liberada para a carga.

Quando afirmamos que um motor consome 10 kVA (1 kVA = 1.000 VA) de uma linha :

alimentação, reconhecemos que esta é a potência aparente retirada pelo motor. Os

quilovoltamperes sempre se referem à potência aparente. Analogamente, quando dizemos que

um motor retira 10 KW, queremos dizer que a potência real consumida pelo motor é de 10

KW.

3



Máquinas I

Exemplo 1- Uma corrente de 7 A segue uma tensão de 220 V formando um ângulo de .

30°. Qual o FP e a potência real consumida pela carga?

Resp. FP = cosθ = cos 30° = 0,866

(1.11)

Resp. P = VI cosθ = 220(7)(0,866) = 1334 W (1.6)

Exemplo 2- Um motor com a especificação 240 V, 8 A consome 1536 W com carga

máxima. Qual o seu FP?

Utilize a Eq. (1-12 ).

Resp. FP = 80%ou0,8240(8)

1536

P==

VI

Exemplo 3- Num circuito ca com RLC série (Fig. 14-3a) a corrente da linha de 2 A

segue a tensão aplicada de 17 V formando um ângulo de 61,9°. Calcule , P , Q e S . Desenhe o

triângulo de potência.

Resp. FP = cosθ = cos6l,9° = 0,471 ou 47,1% indutivo (1.11)

Resp. P = VI cosθ

= 17(2)(0,471) = 16W (1.6)Resp P = I2R= 22(4) = 16 W (1.7)

Resp. Q = VI semθ = 17(2)(sen6l,9°) = 17(2)(0,882) = 30 VAR indutivo (1.9)

Resp. S = VI = 17(2) = 34 VA (1.10)

Correção do Fator de Potência

A fim de se utilizar o mais eficientemente possível a corrente liberada para a carga,

deseja-se um alto FP ou um FP que se aproxime da unidade. Um FP baixo geralmente se deve

a grandes cargas indutivas, como motores de indução, que consomem a corrente com atraso de

fase.

4



Máquinas I

A fim de se corrigir esse baixo FP, é necessário fazer com que a corrente fique o mais

próximo possível em fase com a tensão. Isto é, o ângulo de fase θ deve ser o menor possível.

Isto geralmente se consegue colocando uma carga capacitiva, que produz uma corrente

adiantada, em paralelo a carga indutiva.

Exemplo 4- Com o auxilio de um diagrama de fasores, mostre como o FP produzido por

um motor indutivo pode ser corrigido para chegar à unidade.

Mostramos o circuito de um motor de indução (Fig. 1-4) e o seu diagrama de fasores

para a corrente (Fig. 1-4). A corrente I segue a tensão V de um ângulo θ de atraso de fase θ

onde FP = cos θ = 0,7. Queremos aumentar o FP para 1,0. Isto se consegue ligando um

capacitor através do motor (Fig. 1-5a). Se a corrente que passa pelo capacitor for igual à

corrente indutiva, as duas se cancelam (Fig. 1-5b). A corrente da linha I , é agora menor do que

o seu valor original e está em fase com V de modo que FP = cos 0° = 1. Observe que a

corrente I que passa pelo motor permanece inalterada. A parte reativa da corrente para o motor

é alimentada pelo capacitor. A linha agora só tem que fornecer a componente da corrente para

a parte resistiva do motor.

Fig. 1.4 Um motor de indução representado por um circuito RL série

Fig. 1-5 Motor de Indução onde se acrescentou um capacitor em paralelo

5



Máquinas IExemplo 5-.Um motor de indução consome 1,5 KW e 7,5 A de ~a linha de 220 V, 60

Hz. Qual deverá ser a capacitância de um capacitor em paralelo a fim de se aumentar o FP

total para Im (Fig. 1-6)?

l.º Passo: Calcule o ângulo de fase θ M e a seguir a potência reativa QM da .carga

constituída pelo motor.

PM = VMIM cos θ M (1-6)

de onde cos m = 909,0)5,7(220

1500

IV MM

M == P

θ M = arccos 0,909 = 24,6°

Do triângulo de potência para o motor (Fig. 1-6 b),QM = 1500 tg 24,6° = 687 VAR indutivo

(a)Acrescentando um capacitor em paralelo (b) para aumentar o FP para 1

2º Passo: Calcule a corrente IC retirada pelo capacitor. Para que a corrente tenha um FP

= 1, o capacitor precisa ter um QC = 687 VAR adiantado para equilibrar o QM = 687 VAR

atrasado. Como a potência reativa num capacitor puro é também a sua potência aparente,

Qc = Sc = Vc Ic (1-9)

Ic = A12,3

220

687

Vc

Sc==

3º Passo: Calcule a reatância do capacitor.

Xc = Ω== 5,7012,3

220Vc

Ic

4º Passo: Calcule a capacitância do capacitor, usando a Eq. (13-9).

Resp. C =60(70,5)

0,1590,159=

fXc= 37,6 x 10-6 = 37,6 µ F

6



Máquinas IExemplo 6- Um motor de indução consome 15 kVA em 440 V e com 75 por cento de

FP indutivo. Qual deverá ser o FP de uma carga capacitiva de 10 kVA ligada em paralelo a

fim de fazer o FP total chegar até a unidade?

1º Passo: Calcule a potência reativa do motor de indução, QM.

FPM = cos θ = 0,75

θ = arccos 0,75 = 41,4°

QM = VI sem θ = 15 sen 41º = 9,92 kVAR indutivo

Motor de indução

2º Passo: Calcule o ângulo de fase e a seguir o FP para a carga capacitiva. Para se ter um

circuito com FP=1, a potência reativa total deve ser zero. Como o motor consome 9,92 kVAR

indutivo, o FP capacitivo da carga também deve utilizar 9,92 kVAR. Do triângulo de potência

para a carga capacitiva,

Resp: sen θ = 992,010

92,9=

θ = arcsen 0,992 =82,7ºFP = cos θ = cos 82,7º = 0,127 = 12,7% capacitivo

Motor Síncrono

7

Motor síncrono



Máquinas ITRANSFORMADORES

Características de um Transformador Ideal

O transformador básico é formado por duas bobinas isoladas eletricamente e enroladasem torno de um núcleo comum (Fig. 2-1). Para se transferir a energia elétrica de uma bobina

para a outra usa-se o acoplamento magnético. A bobina que recebe a energia de uma fonte ca é

chamada de primário. A bobina que fornece energia para uma carga ca é chamada de

secundário. O núcleo dos transformadores usados em baixa freqüência é feito geralmente de

material magnético, comumente se usa aço laminado. Os núcleos dos transformadores usados

em altas freqüências são feitos de ferro em pó e cerâmica ou de materiais não magnéticos.

Algumas bobinas são simplesmente enroladas em tomo de fôrmas ocas não magnéticas como por exemplo papelão ou plástico, de modo que o material que forma o núcleo na verdade é o

ar.

Se assumir que um transformador funcione sob condições ideais ou perfeitas, a

transferência de energia de uma tensão para outra se faz sem nenhuma perda.

Razão ou Relação de Tensão

A tensão nas bobinas de um transformador é diretamente proporcional ao número deespiras das bobinas. Esta relação é expressa através da fórmula

s

p

N

N =

s

p

V

V(2-1)

onde V p = tensão na bobina do primário, V

Vs = tensão na bobina do secundário, V

N p = número de espiras da bobina do primário

Ns = número de espiras da bobina do secundário

A razão VP/ Vs é chamada de razão ou relação de tensão (RT). A razão Np / Ns é

chamada de razão ou relação de espiras (RE). Substituindo estes termos na Eq. (2-1 ), obtemos

uma fórmula equivalente.

RT = RE (1-2)

8



Máquinas IUma razão de tensão de 1:4 (lê-se um para quatro) significa que para cada volt no

primário do transformador há 4 volts no secundário. Quando a tensão do secundário é maior

do que a tensão do primário. o transformador é chamado de transformador elevador. Uma

razão de tensão de 4:1 significa que para 4 V no primário há somente 1 V no secundário.

Quando a tensão no secundário for menor do que a tensão no primário, o transformador é

chamado de transformador abaixador.

Fig. 2-1 Diagrama simplificado de um transformador

Exemplo1- Um transformador de filamento (Fig. 2-2) reduz os 120 V no primário para 8

V no secundário. Havendo 150 espiras no primário e 10 espiras no secundário, calcule a razãode tensão e a razão de espiras.

Resp. RT = 1:151

15

8

120===

s

p

V

V

Resp. RE = 1:151

15

15

150===

s

p

N

N

Exemplo2- Um transformador com núcleo de ferro funcionando numa linha de 120 V

possui 500 espiras no primário e 100 espiras no secundário. Calcule a tensão no secundário.

s

p

s

p

N

N

V

V = (2-1)

9



Máquinas I

V p = 120V Vs = 8V

N p = 150 espiras Ns = 10 espiras

Fig. 2-2 Transformadores de filamento

Tire o valor de Vs e substitua as valores conhecidos.

Resp. Vs = pV p

s

N

N= 120

500

100= 24V

Exemplo 3- Um transformador de potência tem uma razão de espiras de 1:5. Se a bobina

do secundário tiver 1.000 espiras e a tensão no secundário for de 30 V, qual a razão de tensão,

a tensão no primário e o número de espiras do primário?

Resp. RT = RE (2-2)

= 1 :5

Resp.s

p

V

V=VR=1:5=

5

1

V p =5

1Vs =

5

30= 6 V

Resp. RE=5

1 N p=

s N

N p = s N 5

1=

5

000.1= 200 espiras

Razão ou Relação de Corrente

A corrente que passa pelas bobinas de um transformador é inversamente proporcional à

tensão nas bobinas. Esta relação é expressa pela equação

p

s

I

I =

s

p

V

V(2-3)

onde I p = corrente na bobina do primário, A

10



Máquinas IIs = corrente na bobina do secundário, A

Da Eq. (2-1 ) podemos substituir V p / Vs por N p / Ns, de modo que temos

p

s

I

I =

s

p

N

N

(2-4)

Exemplo 4- Deduza a equação para a razão de corrente V p / Vs por Is / I p.

Para um transformador ideal, a potência de entrada no primário é igual à potência de

saída do secundário. Desta forma presume-se que um transformador ideal seja aquele que

funcione com uma eficiência de 100 por cento. Portanto,

potência de entrada = potência de saída

P p. = Ps

potência de entrada = P p = V pI p

potência de saída = Ps = VsIs

Substituindo-se P p e Ps,

de onde p

s

s I

I

V =

pV Resp.

Exemplo 5- Quando o enrolamento do primário de um transformador de núcleo de ferro

funciona com 120 V, a corrente no enrolamento é de 2 A. Calcule a corrente no enrolamento

do secundário se a tensão for aumentada para 600 V.

p

s

s I

I

V =

pV(2-3)

Tirando o valor de Is e substituindo os valores conhecidos.

Resp. Is = p

s

I V

pV= 2

600

120=0,4 A

Exemplo 6- Um transformador para campainha com 240 espiras no primário e 30

espiras no secundário retira 0,3 A de uma linha de 120 V. Calcule a corrente no secundário.

p

s

I

I =

s

p

N

N(2-4)

Tirando o valor de Is substituindo os valores conhecidos,

Resp. Is = p I s

p

N

N= )3,0(

30

240= 2,4 A

11



Máquinas IEficiência

A eficiência de um transformador é igual à razão entre a potência de saída do

enrolamento do secundário e a potência de entrada no enrolamento do primário. Um

transformador ideal tem 100 por cento de eficiência porque ele libera toda a energia que

recebe. Devido às perdas no núcleo e no cobre, a eficiência do melhor transformador na

prática é menor que 100 por cento. Exprimindo na forma de equação,

Ef =entradade potência

saídade potência=

p

s

P

P(2-5)

onde: Ef = eficiência

PS = potência de saída no secundário, W

P p = potência de entrada no primário, W

Exemplo 7- Qual a eficiência de um transformador se ele consome 900 W e fornece 600

W?

Resp. Ef = p

s

P

P=

900

600= 0,667 = 66,7% (2-5)

Exemplo 8-Um transformador tem uma eficiência de 90 por cento. Se ele fornece 198

W de uma linha de 110 V, qual a potência de entrada e a corrente no primário?

Ef =P

S

P

P

Tire o valor de PP, a potência de entrada

Resp. PP = Ef PS

= 90,0

198

= 220 W

Escreva a fórmula para a potência de entrada

PP = VPIP

Tire o valor de IP

Resp. IP =110

220

V

P

P

P

= = 2A

12



Máquinas IExemplo 9- Um transformador consome 160 W de uma linha de 120 V e libera 24 V em

5 A. Calcule a sua eficiência.

PP = 160 W, dado

Logo PS = VSIS = 24(5) = 120 W

Resp. Ef =P

S

P

P=160

120= 0,75 = 75%

ESPECIFICAÇÕES PARA O TRANSFORMADOR

A capacidade do transformador é dada em quilovolt-ampères. Como a potência numcircuito ca depende do fator de potência da carga e da corrente que passa pela carga, uma

especificação de saída em quilowatts deve se referir ao fator de potência.

Exemplo 10 - Qual a saída em quilowatts de um transformador de 5 kVA 2.400/120 V

que alimenta a carga nominal com os seguintes fatores de potência: (a) 100 por cento, (b) 80

por cento, e (c) 40 por cento? Qual a corrente de saída especificada para o transformador?

Potência de saída. Resp. (a) PS = kVA x FP = 5(1,0) = 5 KW

Resp. (b) PS = 5 (0,8) = 4 KW

Resp. (c) PS = 5 (0,4) = 2 KW

Corrente de saída:

PS = ISVS

Tirando o valor de IS ,

Resp. IS = S

S

V

P

= 120

000.5

= 41,7 A

Como a corrente especificada é determinada através da especificação da quilovolt-

amperagem, a corrente com carga máxima de 41,7 A é fornecida pelo transformador para os

três diferentes FPS mesmo que a saída em quilowatts seja diferente em cada caso.

13



Máquinas I

RAZÃO DE IMPEDÁNCIA

É transferida uma quantidade máxima de potência de um circuito para outro quando a

impedância dos dois circuitos for a mesma ou quando estiverem "casadas". Se os dois circuitos

tiverem irnpedâncias diferentes, deve ser usado um transformador de acoplamento como um

dispositivo "casador" de impedância entre os dois circuitos. Construindo-se o enrolamento do

transformador, de modo que ele tenha uma razão de espiras definida, o transformador pode

desempenhar qualquer função como "casador" de impedância. A razão de espiras estabelece a

relação correta entre a razão das impedâncias dos enrolamentos do primário e do secundário.

Esta relação é expressa através da equação2

S

P

N

N

=

SZ

ZP

(2-6)

Tirando-se a raiz quadrada dos dois lados, obtemos

S

P

N

N=

S Z

PZ

(2-7)

onde NP = número de espiras do primário

NS = número de espiras do secundário

ZP = impedância do primário, Ω

ZS = impedância do secundário, Ω

Exemplo 11- Calcule a razão de espiras de um transformador usado para "casar" uma

carga de 14.400 Ω com uma carga de 400 Ω.

Resp.S N

N P =

S

P

Z

Z (2-7)

=400

400.14= 36 =

1

6= 6 : 1

Exemplo 12 - Calcule a razão de espiras de um transformador para "casar" uma carga de

20 Ω com uma outra de 72.000 Ω.

Aplique a Eq. (2-7)

Resp.S N

N P =

S

P

Z

Z = ===

6

1

3600

1

200

201 : 60

14



Máquinas I

Exemplo 13 - A carga do secundário de um transformador abaixador com ama razão de

espiras de 5: 1 é de 900 ΩCalcule a impedância do primário.2

S

P

N

=N

Z

Z

S

P

(2-6)

Tire o valor de ZP e substitua os valores dados.

Resp. ZP =2

S N

P N

ZS =2

1

5

(900) = 22.500Ω

AUTOTRANSFORMADOR

0 autotransformador constitui um tipo especial de transformador de potência. Ele é

formado por um só enrolamento.

Fazendo-se derivações ou colocando-se terminais em pontos ao longo do comprimento

do enrolamento, podem ser obtidas diferentes tensões. O autotransformador possui um único

enrolamento entre os terminais A e C (Fig. 2-3). É colocada uma terminação no enrolamento,de onde sai um fio que forma o terminal B. O enrolamento AC é o primário enquanto o

enrolamento BC forma o secundário. A simplicidade do autotransformador o torna mais

econômico e de dimensões mais compactas. Entretanto, ele não fornece isolação elétrica entre

os circuitos do primário e do secundário.

Fig. 2-3 Diagrama esquemático do autotransformador

Exemplo 14 - Um autotransformador contendo 200 espiras é ligado a uma linha de 120

V (Fig. 2-3). Para se obter uma saída de 24 V, calcule o número de espiras do secundário e o

número da espira onde deverá ficar o terminal móvel do transformador contando a partir do

terminal A .

15



Máquinas I

S

P

S

P

N

N

V

V= (2-1)

Resp. NS = P

P

S

NV

V= 200

100

24= 40 espiras

Como as espiras do secundário incluem o primário, o terminal B deve estar onde o

número de espiras é de 160 (160 = 200 - 40). Se o terminal B for móvel, o autotransformador

torna-se um transformador variável. À medida que o terminal desloca-se para baixo em

direção a C , a tensão do secundário diminui.

PERDAS E EFICIÊNCIA DE UM TRANSFORMADOR

Os transformadores reais apresentam perdas no cobre e perdas no núcleo. A perda no

cobre é representada pela potência perdida nos enrolamentos do primário e do secundário

devido à resistência ôhmica dos enrolamentos. A perda no cobre dada em watts é calculada

através da fórmula.

Perda no cobre =I2P R P+ I2

S R S (2-8)

onde IP = corrente do primário, A

IS = corrente do secundário, A

R P = resistência do enrolamento do primário,Ω

R S = resistência do enrolamento do secundário, Ω

As perdas no núcleo têm origem em dois fatores: perda por histerese e perdas por

correntes parasitas. A perda por histerese se refere à energia perdida pela inversão do campo

magnético no núcleo à medida que a corrente alternada de magnetização aumenta e diminui e

muda de sentido. A perda por correntes parasitas ou correntes de Foucault resulta das correntes

induzidas que circulam no material do núcleo.

A perda no cobre dos dois enrolamentos pode ser medida por meio de um wattímetro. 0

wattímetro é inserido no circuito do primário do transformador enquanto o secundário é curto-

circuitado. A tensão aplicada ao primário aumenta até que a corrente especificada para carga

máxima flua através do secundário curto-circuitado. Neste ponto, o wattímetro indicará a

perda total no cobre. A perda no núcleo também pode ser determinada por meio de um

wattímetro colocado no circuito do primário aplicando-se a tensão especificada ao primário,

com o circuito secundário aberto.

16



Máquinas I

A eficiência de um transformador real é expressa da seguinte forma:

Ef = P

S

P

P

entradade potência

saídade potência

= (2-5)

=núcleono perda cobreno perdasaídade potência

saídade potência

++

Ef =núcleono perda cobreno perdaFP)xI(V

FPxIV

SS

S S

++

(2-9)

onde FP = fator de potência da carga

Exemplo 15 - Um transformador abaixador de 10:1 de 5 kVA tem uma especificação

para a corrente do secundário com carga máxima de 50 A. Um teste de perda no cobre por

meio de curto-circuito com carga máxima dá uma leitura no wattímetro de 100 W. Se a

resistência do enrolamento do primário for de 0,6Ω , qual a resisténcia do enrolamento do

secundário e a perda no cobre do secundário?

Aplique a Eq. (2-8).

Perda no cobre = I2P R P+ I2S R S = 100 W

Para calcular IP com carga máxima, escreva a Eq. (2-4)

de ondeS N

NP

=P

S

I

I

IP = SSI

N

N

P

= 5010

1= 5 A

Tire o valor de R S da equação para a perda no cobre dada acimaI2

S R S = 100 - I2P R P

Resp. R S =S

2

2

I

R I-100 PP

=2

2

50

(0,6)5-100= 0,034 Ω

Perda de potência no secundário = I2S R S = 502(0,034) = 85 W Resp.

ou Potência perdida no secundário = 100 - I2P R P = 100 - 52(0,6) = 85 W Resp.

17



Máquinas I

Exemplo16 - Um teste com circuito aberto para a avaliação da perda no núcleo do

transformador de 5 kVA do Exemplo 15 fornece uma leitura no wattímetro de 70 W. Se o FP

da carga for de 85 por cento, qual a eficiência do transformador com carga máxima?

Ef =núcleono perdacobreno perdaFP)xI(V

FPxIV

SS

SS

++

(2-9)

VSIS = especificação do transformador = 5 kVA = 5000 VA

PF = 0,85 Perda no cobre = 100 W Perda no núcleo = 70 W

Substituindo os valores conhecidos chega-se à

Resp.70 100 (0,85)5.000

(0,85)000.5

++ =4420

4250= 0,962 = 96,2

TRANSFORMADOR DESCARREGADO

Se o enrolamento secundário de um transformador estiver formando um circuito aberto

(Fig. 2-4a), a corrente do primário será muito baixa e será chamada de corrente sem carga Acorrente sem carga produz o fluxo magnético e alimenta as perdas por histerese e por correntes

parasitas no núcleo. Portanto, a corrente sem carga IE é formada por duas componentes: a

componente da corrente de magnetização IM e a componente de perda no núcleo, IH. A corrente

de magnetização IM está atrasada em relação à tensão aplicada ao primário VP de 90°, enquanto

a componente de perda no núcleo IH está sempre em fase com VP (Fig. 2-4b). Observe também

que a tensão aplicada ao primário VP e a tensão induzida no secundário VS estão representadas

180º fora de fase. Como na pratica IH é pequena comparada a IM a corrente de magnetização IM

é praticamente igual à corrente total sem carga IE. IE também é chamada de corrente de

excitação.

(a) Condição sem carga (b) Diagrama de fasores

Fig. 2-4 Transformador com núcleo de ferro com circuito no secundário aberto

18



Máquinas I

Exempto 17 - Quando o secundário de um transformador de 120/240 V está aberto, a

corrente no primário é de 0,3 A para um FP de 20 por cento. A especificação do transformador

é de 4 kVA. Calcule (a) a corrente de carga máxima I P, (b) a corrente de excitação sem carga

IE, (c) a corrente de perda no núcleo IH e (d) a corrente de magnetização IM (e). Determine a

porcentagem de cada corrente relativamente à corrente de carga máxima. ( f ) Desenhe o

diagrama de fasores.

(a) Corrente de carga máxima = primáriodotensão

kVAemador transformdoçãoespecifica

Resp. IP =120

000.4= 33,3 A

(b) A corrente do primário medida sem carga (com o secundário aberto) é a corrente de

excitação IE. Portanto,

Resp. IE = 0,3 A

(c) Da Fig. 2-4b,

Resp. IH = IE cosθ = IE x FP = 0,3(0,2) = 0,06 A

(d) Da Fig. 2-4b,

IM = IE sen

θ = arccos 0,2 = 78,5°

Portanto IM = 0,3 sen 78,5° = 0,3(0,980) = 0,294 A Resp.

(e) Porcentagem da corrente do primário sem carga (corrente de excitação) relativamente à

corrente do primário com carga máxima:

Resp.3,33

3,0=0,0090= 0,90%

Porcentagem da corrente de perda no núcleo relativamente à corrente com carga

máxima:

Resp.3,33

06,0= 0,0018 = 0, 18%

Porcentagem de corrente de magnetização relativamente à corrente com carga máxima:

Resp. 3,33

294,0

= 0,0088 = 0,88%

19



Máquinas IObserve que a corrente de magnetização (0,294 A) tem aproximadamente os mesmos

valores que a corrente do primário sem carga (0,3 A).

(f) Diagrama de fasores: Veja a Fig. 2-5.

Fig. 2-5 Diagrama de fasores

POLARIDADE DA BOBINA

O símbolo usado para o transformador não dá indicação sobre a fase da tensão através

do secundário, uma vez que a fase dessa tensão na verdade depende do sentido dos

enrolamentos em volta do núcleo. Para resolver este problema são usadas pintas de polaridade

para indicar a fase dos sinais do primário e do secundário. As tensões estão ou em fase (Fig. 2-

6a) ou 180° fora de fase com relação à tensão do primário (Fig. 2-6b).

(a) Tensões em fase (b) Tensões fora de fase

Fig. 2-6 Notação de polaridade das bobinas dos transformadores

FUNCIONAMENTO DOS TRANSFORMADORES

O funcionamento dos transformadores está baseado no fenômeno da indução

eletromagnética. O primário, ligado à rede de alimentação de corrente alternada, gera um

campo magnético, também alternado, que, conduzido pelo núcleo, vai induzir no secundário

uma energia elétrica.

20



Máquinas IO transformador será elevador se enrolamento secundário tiver maior número de espiras

que o enrolamento primário, e será abaixador se enrolamento secundário tiver menor número

de espiras que o primário.

O núcleo do transformador é notado com chapas de ferro-silício.

As chapas de ferro- silício comumente usadas em pequenos transformadores

monofásicos estão enquadradas nas seguintes características:

• espessura – de n.º 24 a n.º 26BS;

• teor de silício – 1,5% a 4,6%

• máxima permeabilidade admissível – de 5.600 a 10.000 gawes.Para pequenos transformadores, no comércio são encontradas chapas já cortadas, cujos

formatos mais comuns são os seguintes:

21



Máquinas IObserve na figura abaixo o formato de chapa EI

A tabela abaixo mostra as dimensões que essas chapas podem ter.

Dimensões de Chapas EI

Dimensões (cm) Potência

N.º a b c d e VA

2 2,3 1,3 1,3 3,8 7,5 503 3,0 1,5 1,3 4,5 9,0 1004 3,5 1,8 1,8 5,3 10,7 1505 4,0 2,0 2,0 6,0 12,0 2506 4,8 2,5 2,5 7,5 14,8 5007 6,0 3,0 3,0 9,0 18,0 1000

NÚCLEOS MAGNÉTICOS

São peças metálicas, fabricadas em diversas formas, que constituem o circuito

magnético de aparelhos e máquinas eletromagnéticas.

Os núcleos podem ser maciços ou laminados.

Os núcleos maciços são empregados para montar as bobinas nas máquinas de corrente

contínua. São constituídos com ferro doce ou fundido.

22



Máquinas IVeja, na figura abaixo, a sapata polar do núcleo maciço do estator de motor de corrente

contínua.

Os núcleos laminados são empregados em máquinas de corrente alternada,

transformadores e retores das máquinas de corrente contínua. São constituídos com chapas

metálicas. O metal mais utilizado é o ferro-silício.

A espessura das lâminas varia de acordo com o tamanho e tipo de núcleo. O núcleo terá

melhor qualidade quando suas lâminas forem mais finas.

As chapas, previamente cortadas com matrizes, são isoladas entre si por finas camadas

de vernizes, goma-laca, papéis isolantes ou simplesmente através de oxidação.

Os núcleos são formados montando-se as chapas e unindo-se com parafusos ou rebites.

Os núcleos laminados para transformadores são constituídos de maneira que se podem

montar e desmontar facilmente para colocar as bobinas. Existem diversos tipos de núcleos

laminados para transformadores.

Os mais utilizados são: núcleo de coluna, núcleo encouraçado e núcleos distribuído.

O núcleo de colunas é formados por duas colunas e duas armações. Ao redor de uma

coluna se aloja o bobinado primário e, na outra, o secundário. Também podem ser colocadasas duas bobinas na mesma coluna.

23



Máquinas IO núcleo encouraçado é formado por três colunas e duas armações. Na coluna central,

que é de maior seção, estão os bobinados. As armações e as outras colunas completam o

circuito magnético.

O núcleo distribuído é formado por três núcleos de coluna, unidos como mostra a figuraabaixo. As bobinas estão sobre a ramificação central, formado por três colunas.

NÚCLEOS DE MÁQUINAS GIRATÓRIAS

Há dois tipos de núcleos para máquinas giratórias: núcleo estator e núcleo de rotores.

Os núcleos estatores podem ser dois tipos: pólos salientes e ranhurados.

Os núcleos estatores de pólos salientes são constituídos de lâminas prensados, formando

pacotes rígidos. Tem diferentes formas e são utilizados em máquinas de pequena potência,

como por exemplo, motores de enceradeira, furadeira portáteis, ventiladores, barbeadores.

Observe na figura abaixo um núcleo estator de pólo saliente.

24



Máquinas I

Este tipo de estator é utilizado indistintamente com rotor bobinado e com rotor gaiola de

esquilo.

Os núcleos estatores ranhurados são constituídos de lâminas prensadas, formando

pacotes rígidos, que têm em seu interior diferentes formas e número de ranhuras. Observe a

seguir um estator ranhurado.

As ranhuras podem ser semi fechadas ou abertas. As ranhuras semi fechadas são

utilizadas em motores de pequena e média potência e as ranhuras abertas, em máquinas de

média e grande potências.

Ranhura aberta Ranhura semi fechada

25



Máquinas IO núcleo de rotores é constituído de lâminas, cortadas por matrizes e prensadas,

dispostas no eixo sob pressão. Na sua parte exterior, tem ranhuras que podem ser de três

formas diferentes: fechas semi fechadas e abertas.

A ranhura fechada é utilizada nos rotores de gaiola de esquilo em alguns rotores

bobinados, como alguns motores de partida para automóveis.

A ranhura semi fechada é muito utilizada em motores universais e máquinas de corrente

contínua.

A ranhura aberta é utilizada em máquinas cujos enrolamentos são formados por

condutores de barras retangulares ou bobinas pré-moldadas. Neste caso, o bobinado é fixado

com bandagens em torno do núcleo do rotor.

Veja a seguir um quadro que apresenta características das chapas de Fe-Si.

Características Geris das Chapas de Fe-Si

26



Máquinas I

Emprego %Si Resistividade Perda do núcleo em W/Kg a

60 Hz espessura 0,35mm

Motores fracionários de baixo custo

para uso intermitente

0,52 15 -

Peças polares de alta permeabilidade 0,50 17 2,86Motores e geradores de qualidade

média – transformadores pequenos

1,00 27 2,57

Motores e geradores e transformadores

de boa qualidade - reatores

2,50 40 2,22

Motores e geradores de alta eficiência

- transformadores

3,00 50 1,80

Transformadores de alta eficiência

para redes de distribuição

3,25 50 1,66

Todos os tipos de máquinas elétricas

de alta eficiência

3,80

4,00

4,20

4,50

57

58

59

60

1,58

1,43

1,28

1,14

Para encontrar as perdas no núcleo em 50 ciclos basta multiplicar a perda em 60 ciclos por 0,806.

A tabela seguinte indica bitolas ESG (Electrical Steel Gauge) e o peso aproximado em

quilogramas por metro quadrado das chapas de ferro-silício.

Chapas de Ferro-Silício

Bitola ESG n.º Espessura em mm Peso Kg/m 2

16 1,59 12,0817 1,42 10,7918 1,27 9,6519 1,10 8,36

27



Máquinas I20 0,952 7,2421 0,864 6,5722 0,788 5,9923 0,711 5,40

24 0,635 4,8325 0,559 4,2726 0,470 3,5727 0,432 3,2828 0,394 2,9929 0,356 2,7130 0,318 2,42

Os isolantes HT-S permitem temperaturas até 175º C.

São máquinas desenvolvidas para situações e ambientes especiais. Por exemplo, motoresque trabalham dentro de estufas.

Os fios magnéticos podem ser especificados pelo seu diâmetro por sua seção transversal,

ou ainda, pelo número da bitola AWG. A tabela a seguir relaciona o diâmetro e a seção com

bitola AWG e fornece as características de residência e correntes admissíveis para várias

densidades de corrente.

As outras duas tabelas posteriores indicam número de espiras por centímetro quadrado e

número de espiras por centímetro para uma camada.

28



Máquinas I

Fios Magnéticos (Cobre)

Bitola dofio AWG

n.º

Diâmetroem mm

Seção emmm2

ResidênciaemΩ

/Kma 20°C

Correntes admissíveis paraas densidades

1A/ mm2 2A/mm2 3A/mm2 4 A/mm2 5A mm2

8 3,21 8,37 2,07 8,37 16,74 25,11 33,48 41,859 2,91 6,63 2,59 6,63 13,26 19,89 26,52 33,15

10 2,59 5,26 3,27 5,26 10,52 15,78 21,04 26,3011 2,30 4,17 4,15 4,17 8,34 12,51 16,08 20,85

(12) 2,05 3,31 5,22 3,31 6,62 9,93 13,24 16,5513 1,83 2,62 6,56 2,62 5,24 7,86 10,48 13,1014 1,63 2,08 8,26 2,08 4,16 6,24 8,32 10,4015 1,45 1,65 10,40 1,65 3,30 4,95 6,60 8,2516 1,29 1,31 13,20 1,31 2,62 3,93 5,24 6,5517 1,15 1,04 16,60 1,04 2,08 3,12 4,16 5,20

18 1,02 0,82 21,10 0,82 1,64 2,46 3,28 4,1019 0,91 0,653 26,50 0,653 1,306 1,959 2,612 3,26520 0,81 0,518 33,50 0,518 1,036 1,554 2,072 2,59021 0,72 0,410 42,30 0,410 0,820 1,230 1,640 2,05022 0,64 0,326 53,60 0,326 0,652 0,978 1,250 1,63023 0,57 0,2552 57,60 0,2552 0,5104 0,7656 1,0208 1,276024 0,51 0,2043 84,40 0,2043 0,4086 0,6129 0,8172 1,021525 0,45 0,1590 108,40 0,1509 0,3180 0,4770 0,6360 0,795026 0,40 0,1256 137,0 0,1256 0,2512 0,768 0,5024 0,628027 0,36 0,1018 169,0 0,1018 0,20396 0,3054 0,4072 0,509028 0,32 0,0804 214,0 0,0804 0,1608 0,2412 0,3216 0,402029 0,29 0,0660 261,0 0,0660 0,1320 0,1980 0,2640 0,3300

30 0,25 0,0491 351,0 0,0491 0,0982 0,1473 0,1964 0,245531 0,23 0,0415 415,0 0,0415 0,0830 0,1245 0,1660 0,207532 0,20 0,0314 549,0 0,0314 0,0628 0,0942 0,1256 0,157033 0,18 0,0254 679,0 0,0254 0,0508 0,0762 0,1016 0,127034 0,16 0,0201 858,0 0,0201 0,0402 0,0603 0,0804 0,100535 0,14 0,0154 1119,0 0,0154 0,0308 0,0462 0,0616 0,077036 0,13 0,0132 1306,0 0,0132 0,0261 0,0396 0,0528 0,066037 0,11 0,0095 1815,0 0,0095 0,0190 0,0285 0,0380 0,047538 0,10 0,0078 2210,0 0,0078 0,0156 0,0234 0,0312 0,039039 0,09 0,0063 2737,0 0,0063 0,0126 0,0189 0,0252 0,031540 0,08 0,0050 3448,0 0,0050 0,0100 0,0150 0,0200 0,0250

Número de Espiras por Centímetro Quadrado (várias camadas) para Fios

Magnéticos Isolados com Diferentes Materiais.

Bitola no fio

AWG n.º

Espiras por cm2

FME FMS-2 FMES-1 FME-1 FM-2

8 - - - - 7,849 - - - - 9,00

10 13,7 - - - 11,611 17,6 - - - 14,4

12 22,0 - - - 18,513 28,30 - - - 21,214 34,8 - 31,4 29,2 26,015 43,6 - 39,7 36,0 34,8

29



Máquinas I16 56,3 - 50,4 43,6 43,617 68,9 - 59,3 54,8 51,818 86,5 81,0 75,7 64,0 64,019 108,0 100,0 90,3 81,0 74,0

20 134,0 121,0 121,0 100,0 92,221 169,0 156,0 156,0 121,0 100,022 225,0 196,0 169,0 144,0 121,023 256,0 225,0 225,0 169,0 144,024 324,0 289,0 256,0 225,0 169,025 400,0 361,0 324,0 256,0 225,026 484,0 441,0 400,0 324,0 256,027 625,0 529,0 484,0 361,0 324,028 784,0 625,0 625,0 441,0 361,029 961,0 784,0 729,0 529,0 400,030 1370,0 900,0 900,0 625,0 484,031 1600,0 1090,0 1020,0 729,0 529,032 2030,0 1370, 1230,0 841,0 625,033 2500,0 1600,0 1440,0 961,0 676,034 3030,0 1850,0 1680, 1090,0 729,035 3970,0 2210,0 2210,0 1230,0 841,036 4360,0 2500,0 2500,0 1370,0 900,037 - 3030,0 - - 1020,038 - 3480,0 - - 1090,039 - 3840,0 - - 1160,040 - 4360,0 - - 1230,0

Legenda:• FME – fio magnético esmaltado

• FMS-2 – fio magnético com duas capas de seda

• FMES-1 – fio magnético esmaltado com uma capa de seda

• FME-1 – fio magnético esmaltado com uma capa de algodão

• FM-2 – fio magnético com duas capas de algodão

Observação: convém conferir sempre os diâmetros dos condutores com micrômetro.

Número de Espiras por Centímetro Quadrado (uma camada) para Fios Magnéticos

Isolados com Diferentes Materiais.

Bitola no fio

AWG n.º

Espiras por cm2

FME FMS-2 FMES-1 FME-1 FM-2

8 - - - - 2,89 - - - - 3,0

10 3,7 - - - 3,411 4,2 - - - 3,812 4,7 - - - 4,313 5,3 - - - 4,6

30



Máquinas I14 5,9 - 5,6 5,4 5,115 6,6 - 6,3 6,0 5,916 7,5 - 7,1 6,6 6,617 8,3 - 7,7 7,4 7,2

18 9,3 9,0 8,7 8,0 8,019 10,4 10,0 9,5 9,0 8,620 11,6 11,0 11,0 10,0 9,621 13,0 12,5 12,5 11,0 10,022 15,0 14,0 13,0 12,0 11,023 16,0 15,0 15,0 13,0 12,024 18,0 17,0 16,0 15,0 13,025 20,0 19,0 18,0 16,0 15,026 22,0 21,0 20,0 18,0 16,027 25,0 23,0 22,0 19,0 18,028 28,0 25,0 25,0 21,0 19,029 31,0 28,0 27,0 23,0 20,030 37,0 30,0 30,0 25,0 22,031 40,0 33,0 32,0 27,0 23,032 45,0 37,0 35,0 29,0 25,033 50,0 40,0 38,0 31,0 26,034 55,0 43,0 41,0 33,0 27,035 63,0 47,0 47,0 35,0 29,036 66,0 50,0 50,0 37,0 30,037 - 55,0 - - 32,038 - 59,0 - - 33,0

39 - 62,0 - - 34,040 - 66,0 - - 35,0

Observação: convém conferir sempre os diâmetros dos condutores com micrômetro.

É importante que você saiba algumas dicas sobre fios magnéticos.

Na reparação de bobinados, use sempre fios de diâmetros e isolamentos iguais aos

originais.

Os fios magnéticos esmaltados são sempre fornecidos em carreteis de madeira ou

plástico. Os fios com encapamento de algodão, porém são fornecidos em rolos.

Quando tiver que trabalhar com fio em rolo, não acredite que ele vá desenrolando-se

direitinho; use sempre um sarilho, com dimensões tais que o rolo fique apertado pela parte

cônica do sarilho.

Algumas regras referentes aos fios AWG podem ser aplicadas com grande

aproximação:

- Uma diminuição de seis números (por exemplo de 16 10) dobra o diâmetro..

31



Máquinas I- Uma diminuição de dez números multiplica a seção e o peso por 10 e divide a

resistência por 10.

Observação: Hoje em dia, já é comum usar-se a seção do fio em milímetros observe, na

tabela abaixo, os vários tipos de resina sintética, sua classe de temperatura e os principais

empregos.

Comparação entre os Diversos Tipos de Esmalte

Tipo de Esmalte DesignaçãoPIRELLI - ISOFIL

ClasseTérmica ºC

Propriedades Especiais

Poliviniformal Pireform 105 Grande resistência à abrasão, aagentes químicos e a óleos minerais.

Resistente ao fluido refrigerante 22, baixa porcentagem de extração,resistente a agentes químicos.

Poliviniformal ou poliuretana comcamada termoplásticade cimentação

Pirofix 105 Auto Colante, com granderesistência a abrasão.

Epoxi Pirenor 130 Resistente à umidade, ao óleo detransformador e espessura deisolamento especial (compreendidaentre a simples e a reforçada da

NEMAMW – 100).Epoxi Pirequent 130 Resistente à umidade, a óleos de

transformador e a temperatura.Tereftálico Imídico Pireterm 155 Resistente a agentes químicos e à

temperatura.Poliester Imídico Reterm 180 Resistentes a agentes a temperatura

e a agentes químicos. Excelente

termoplasticidade.

32



Máquinas IO gráfico a seguir mostra a variação da resistência de isolamento durante um processo

completo de impregnação.

Observando o gráfico, pode-se comparar o comportamento de dois tipos de vernizes.

Alinha cheia refere-se a um verniz normal e alinha pontilhada mostra as variações de

resistência, referindo-se a um tipo de verniz que dispensa prévio aquecimento.

A tabela abaixo indica os vernizes apropriados para cada uso.

Vernizes de Impregnação e Acabamento Para Máquinas Elétricas

Tipo Secagem Classe Sólido Solvente Características EmpregoISO - 301 135-150ºC

4 a 8h

“F”

(155ºC)

95 ±

2%

ISO– S-106 Elevado teor sólidos, baixa viscosidade,resiste a altastemperaturas, ótimo

poder cimentante.

Rotores de alta rotação,transformadores especiais,

bobinas , encapsulamento

ISO - 707 130-150ºC

6 a 10h

“F”

(155ºC)

50 ±

2%

ISO – S 121 Excelente resistênciaao calor, substituicom vantagemeconômica e técnicao silicone.

Aparelhos elétricos quetrabalham dentro ca classe“F”.

ISOTERM

767

120-150ºc

5 a 8H

“F”

(155ºC)

50±

2%

ISO – S - 102 Excelente resistênciaao calor, ótimarigidez dielétrica.

Equipamentos quetrabalham na classe “F”,

bobinas, motores,

transformadores, etc.

ALKIDAL ambiente ou “B” 58 ± ISSO – S - Excelente resistência Acabamento de bobinas,

33



Máquinas IISO –

1200

vermelho

estufa (105ºC) 2% 102 aos óleos, ácidos,álcalis e umidade.Elevada resistênciatérmica.

estatores, motores, etc.

ISO - 1210 ambiente ouestufa

“B”(105ºC)

55 ± 2%

ISO – S 102 Resistência aosagentes químicos eumidade, ótimarigidez dielétrica.

Transformadores a seco ouimersos em óleo,reguladores, motores,

bobinas, etc.ISO –

1400

preto

Ambiente “A”

(105ºC)

42±2% ISO – S - 104 Rápida secagem eresistência àumidade.

Reparos de emergência emanutenção preventiva doisolamento envelhecido:

proteção e acabamento de partes metálica.

ISO –

1524

Estufa “B”

(130°C)

50±2% ISO – S - 102 Alto poder cimentante.

Rotores de alta rotação.Bobinas, transformadoresespeciais.

ISO –

1600

Ambiente “A”

(105ºC)

50±2% ISO – S – 101

ISO – S - 104

Película flexível,resistência à águasalgada e aos agentesquímicos.

Bobinas fixa, reparos deemergência e manutenção

preventiva.

ISO –

1700

escuro

Ambiente

ou Estufa

“A”

(105ºC)

50±2% ISO – S – 104 Película rija, secagemrápida, bom poder dielétrico, baixocusto.

Uso geral em quase todotipo de equipamentoselétricos.

ISO –

1720

escuro

Ar ou Estufa

120°C

“B”

(130ºC)

40±2% ISO – S – 102 Ótimo poder isolante.Secagem rápida.

Uso geral, Motores,transformadores, bobinasfixas, etc.

ISO –

1800

1ª) 2h a 90

ou 100ºC

2ª) 3h a 125

ou 135ºC

“A”

(105ºC)

50±2% ISO – S – 103 Alto poder cimentante.

Rotores de alta rotação,fabricação de laminados de

papel, pano ou madeira.

ISO –

1802

125ºC – 5h “A”

(105ºC)

53±2% ISO – S – 135 Alto poder cimentante.

Rotores de alta rotaçãotransformadores especiais.

ISO –

1900

125ºC –

5/8h

“B”

(130ºC)

50±2% ISO – S – 101 Elevada rigidezdielétrica, películadura e elástica, ótima

secagem em profundidaderesistência àumidade, ao calor eaos agentes químicos.

Característicasverdadeiramente universais

permitem empregá-lo nas

máquinas elétricas maisdiversas: transformadores,motores, geradores, etc.

ISO –

1902

125°C – 5h “B-F”

(130-

155ºC)

47±2% ISO – S – 102 Película elástica eresistente ao calor eao envelhecimento.

Enrolamento comfiberglass ou com fiosmagnéticos resistentes atemperatura elevada (classe“F”).Micante flexível,transformadores, etc.

ISO – 130º C – “B” 50±2% ISO – S – 114 Película elástica ou Transformadores,34



Máquinas I1914 10h (130ºC) dura, resistente ao

calor e aoenvelhecimento.

geradores, motores, bobinasespeciais.

ISO –

1915

Estufa

130º C –

5/8h

“A”

(130ºC)

60±2% ISO – S – 101 Ótima secagem em

profundidade.Resistente aoenvelhecimento.

Características: universal,

qualquer tipo deequipamento elétrico.

ISO –

2000

vermelho,

amarelo ou

transpar.

Ambiente

15 min.

“A”

(130ºC)5

20±3% ISO – S – 105 Secagem rápida,ótimo fator de

potência e constantedielétrica, resistênciaaos agentescorrosivos.

Componentes de rádio eTV: pequenos motores,acabamento, etc.

ISO –

2003amarelo

Rápida ao

Ar 15 min

“A”

(105ºC)

15 ±

2%

ISO – S – 113 Alto fator de potência.

Bobinas estáticas rádio eTV. Baixo custo.

ISO –

2011

Incolor

Rápida ao

Ar

70 min

“A”

(105ºC)

20 ±2%

ISO – S – 118 Elevada constantedielétrica. Resistenteà umidade e vaporescorrosivos.

Componentes eletrônicos.Transformadores pequenos,etc.

ISO –3000 1ª) 2h –

100ºC

2ª) 6h-

140ºC

“B”

(130ºC)

400 ±2%

ISO – S – 106 Alta cimentação,resistênciaexcepcional aosvapores corrosivos ,secagem em

profundidade.

Motores, geradores, bobinas, sujeitos àsemanações corrosivas.Rotores com forçacentrífuga elevada.

ISO –7000

silicone

1ª) 3h –

110ºC

2ª) 6h-acima

140ºC

“H”

(180ºC)

50% ISO – S – 122 Altíssima resistênciaao calor, baixatemperatura para

polimerização.

Equipamentos elétricos quetrabalham dentro da classe“H” (180ºC).

RESFRIAMENTO DO TRANSFORMADOR

Transformadores a Seco

São resfriados diretamente pelo ar circundante (resfriamento a ar). Por essa razão, só sãoconstruídos, economicamente, para pequenas potências.

35



Máquinas ITransformadores a Óleo

São constituídos em caixa de chapa preta e hermeticamente fechadas. O óleo, de

excelente qualidade, deve transmitir o calor do transformador, o mais rapidamente possível,

para as paredes do recipiente, na maioria das vezes aumentadas por aletas de resfriamento.

Por meio de um recipiente de dilatação, que é conservador do óleo, consegue-se que o

óleo se dilate ao ser aquecido e se retraia ao se esfriar, sem que entre em contato com o ar

externo, o que poderia absorver umidade. O ar altera a composição química do óleo. A água

contida no óleo reduz a resistência dielétrica.

Transformadores com Líquidos Não-Combustíveis

Esse tipo de transformador evita incêndios.. O óleo nos transformadores é substituído

por líquido isolante incombustível, o clofênio. O clofênio é um óxido de carbono aromático e

clorado, produzido com matéria –prima Alemã. É incolor, com características oleosas.

Estes transformadores podem ser instalados, por exemplo, em teatros, armazéns, etc.

Economizam condutores, já que podem ser colocados junto aos locais de maior demanda de

energia.

Relé Buchholz

Encontra-se entre a carcaça e o recipiente de dilatação. Esse relé faz um sinal de alerta

quando há um superaquecimento, o que libera a formação de gás no interior da carcaça. O

superaquecimento pode ocorrer se o nível do óleo baixar demasiadamente ou se entrar ar na

carcaça do transformador, devido a má vedação no circuito do óleo. Observe na figura abaixo

um relé Buchholz.

36



Máquinas I

Resfriamento Externo de Transformador de Grande Potência

O óleo do transformador é retirado da parte superior da carcaça por meio de um a

bomba, é conduzido através da serpentina e, em seguida, de volta, penetra pela parte inferior.

Óleo Isolante Ascarel

É o óleo empregado para resfriamento de transformadores a óleo. Este óleo é muito

tóxico, porém ainda é muito empregado até hoje. É fabricado desde 1929 e, apesar dos danos

que causa à saúde, é muito usado devido a suas vantagens técnicas para a formação de:

• lubrificantes especiais;

• tintas epoxi;

• óleos isolantes para eletricidade;

• óleos isolantes para capacitores;

• vernizes de proteção à madeira;

• fluidos de corte.

37



Máquinas IConforme o país de origem, o óleo ascarel é conhecido por nomes como: Araclor, DK,

Fenclor, Inerterrn, Pinalene, Santotherm, Clofen, etc. Seu principal componente é o

bifenilpoliclorado – PCB. Este componente é o principal causador de danos à saúde e ao meio

ambiente.

Seus efeitos negativos não aparecem de imediato se o contato com o óleo for distante.

Porém, se for aspirado ou ingerido, pode causar a morte.

Os danos que o óleo ascarel pode causar são:

• se introduzido no óleos, decompõe a córnea a causa cegueira;

• em contato com a pele, provoca coceiras que se tornam feridas abertas, pois é

cancerígeno;

• ser ingerido ou aspirado, danifica o fígado e o rins.

Em outubro de 1975 foi proibido o uso do ascarel em novos equipamentos a serem

fabricados ou comprados pelo Brasil. Foi sugerida a substituição do óleo ascarel por fluido

silicone – polidimetil-hiloxano, para transformadores e capacitores.

Observe sempre estes cuidados especiais ao trabalhar com ascarel:

• use óculos de segurança com videira;

• use luvas de punho comprido, que cubra todo o braço, feitas de clorivinil;

• use avental comprido de clorivinil;

• use protetor para pernas e sapatos de clorivinil.

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

É um dispositivo, sem partes em movimento, que transforma a energia elétrica trifásica

por meio de indução eletromagnética. Esse dispositivo mantém a mesma freqüência, mas,

geralmente, apresenta tensões e intensidade de corrente diferentes.

O transformador trifásico constitui o estágio evoluído de um sistema de três

transformadores monofásicos. Com a finalidade de economizar ferro foi dada uma disposição

conveniente aos núcleos.

Observe na figura abaixo de um transformador trifásico.

38



Máquinas I

Os núcleos do transformador trifásico, assim como dos monofásicos, são formados pelo

empacotamento de chapas de ferro-silício comum ou orientado, nas espessuras de 0,635 mm e

0,470 mm, ou seja, chapas 24 e 26 ESG, respectivamente.

Os núcleos podem ser shell ou core;

Os mais comuns são núcleos core.

Os núcleos core apresentam-se em dois modelos: convencional plano e spirakore.

Núcleo Convencional Plano

O Núcleo Convencional Plano pode ser formado de duas maneiras quando se emprega

ferro comum, empacotam-se chapas com formatos E e I; quando se trabalha com ferro

orientado, usam-se apenas chapas de formato I.

Esses núcleos dispõem de três colunas unidas por duas armaduras. Na junção das

armaduras com colunas, as chapas são entrelaçadas e fixadas por meio de cantoneiras, parafusos e porcas, como mostra a figura da página anterior.

39



Máquinas I

Núcleo Spirakore

O Núcleo Spirakore possui armaduras em formas de coroa, obtidas pelo enrolamento de

uma fita de chapa de ferro, geralmente orientado como mostra a figura abaixo.

Meio Envolvente para Transformadores TrifásicosOs transformadores trifásicos de uso mais generalizado são os tipo imerso em líquido

isolante.

O transformador e o líquido estão contidos em um tanque fabricado de chapa preta, em

diferentes formatos, com ou sem aletas de refrigeração. Esses tanques devem ser

hermeticamente fechados para impedir a contaminação do óleo isolante por poeira e umidade.

Por essa razão, todas as emendas de chapa são isoladas e todas as peças móveis são

parafusadas e seladas com gaxeta de papel especial, cortiça ou borracha nitrila.

A gaxeta deve ser isenta de substâncias condutoras, como o grafite, o que transformará o

óleo em condutor.

Os tanques dispõem de aberturas de visita, usadas para desligar terminais ou peças que

impeçam a remoção da tampa.

Para a ligação dos transformadores à rede são feitas saídas de terminais isolantes. Esses

terminais podem ser fixados à parede lateral do tanque, à tampa ou, simultaneamente, à parede

e à tampa, como mostram as figuras abaixo.

40



Máquinas I

Nos modernos transformadores de distribuição, os terminais de baixa tensão são

colocados na parede lateral e os alta tensão na tampa.

Os isoladores são montados de fora para dentro e fixados sobre gaxetas por meio de

braçadeiras e parafusos. Observe, na figura abaixo, a montagem de um isolador na tampa.

A ligação dos transformadores aos terminais de baixa tensão é sempre feita por dentro

do tanque;. os isoladores dispõem de haste roscada, à qual são ligados os enrolamentos.Para as saídas de alta tensão existem dois tipos de isoladores:

• isoladores que servem de bainha, na qual se enfia a saída de lata tensão do

transformador; neste caso, a ligação é feita por fora do tanque;

• isolares que dispõem de haste roscada para se fazer a ligação por dentro do

tanque.

Para ligar adequadamente os transformadores trifásicos em paralelo, é indispensável que

se conheçam as marcações dos terminais e suas polaridades. No Brasil, as normas recomendam a indicação dos terminais de transformadores

trifásicos com as marcas:41



Máquinas I

H1, H2 e H3 para os de mais alta tensão;

X1, X2 e X3 para os de mais alta tensão.

Disposição dos Terminais

Imagine que o observador esteja ao lado do tanque, por onde saem os terminais de

tensão mais baixa; então o terminal H1 deve ficar à esquerda, o H2 no centro e o H3 à direita.

O terminal X1 deve ficar em frente ao H1; o X2 ,em frente ao X2 e o X3, em frente ao H3.

Veja a seguir um transformador e a disposição de seus terminais.

Embora os transformadores trifásicos apresentem externamente seis terminais, dispõem,

internamente de 12 a 18 pontas do enrolamento que devem ser interligadas.

Para essas ligações internas, existem seis métodos que figuram nas duas tabelas abaixo,

cada uma com três deles.

Nos diagramas dessas tabelas, as extremidades dos enrolamentos são identificadas com

números correspondentes aos usados nos seguintes esquemas.

42



Máquinas I

TIPOS DE LIGAÇÃO DO “GRUPO A” DE TRANSFORMADORES

TRIFÁSICOS

Símbolo e

denominação

Diagrama Relação de

transformação(tensão entre fases)

Enrolamento de maisalta tensão

Enrolamento de maisbaixa tensão

∆/∆

Triângulo

triânguloEX = H

X E.. NH

N

Υ / Υ

Estrela

estrelaEX = H

X E.. NH

N

∆/γ

Triângulo

ziguezague EX =

2NH

3 . E . N HX

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

tensão mais elevada com uma fonte de corrente trifásica conveniente; depois, ligam-se os lidesH1 e X1 entre si e , finalmente, medem-se as tensões entre vários pares de lides.

O resultado deve ser:

• tensão entre H2 e X3 igual a tensão entre H3 e X2;

• tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H1 e H2;

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

43



Máquinas I

TIPOS DE LIGAÇÃO DO “GRUPO B” DE TRANSFORMADORES

TRIFÁSICOS

Símbolo e

denominação

Diagrama Relação de

transformação

(tensão entre fases)

Enrolamento de mais

alta tensão

Enrolamento de mais

baixa tensão

∆/ Υ

Triângulo

triângulo

EX =

HX E. 73,1 .

NH

N

Υ /∆

Estrela

triânguloEX =

3. NH

E . N HX

Υ /γ

Triângulo

ziguezague

EX =

2NH

3 . E . N HX

Para se verificar se as ligações estão corretas, alimenta-se o transformador pelo lides de

tensão mais elevada com uma fonte de corrente trifásica conveniente; ligam-se os lides H1 e

X1 entre si e mede-se a tensão entre vários pares de lides.

O resultado deve ser:

tensão entre H3 e X3 igual à tensão entre H3 e X3;

tensão entre H3 e X2 menor que a tensão entre H1 e H3;

tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H2 e X3;

tensão entre H2 e X2 menor que tensão entre H1 e X3.

44



Máquinas I

Observações:

Para determinar as tensões secundárias, existem os seguintes símbolos:

• EH – tensão entre fases na rede primária;

• EX – tensão entre fases na rede secundária;

• NH – número de espiras do enrolamento de mais alta tensão;

• NX – número de espiras do enrolamento de mais baixa tensão.

No caso de enrolamento em ziguezague, esse número compreende o total de espiras das

duas metades.

A ligação em paralelo de dois transformadores trifásicos só pode ser feita se os sistemas

de ligação entre ambos pertencerem ao mesmo grupo e se entre os dois transformadores

houver correspondência de tensões e impedâncias.

Em nenhuma hipótese pode-se ligar em paralelo dois transformadores cujos sistemas de

ligações internas não pertencem ao mesmo grupo. Portanto, um transformador do “grupo A”

nunca pode ser ligado em paralelo com um transformador do “grupo B”. Veja agora exemplos

de outras ligações que podem ser feitas quando se necessita de tensão correspondente à

conexão.

Υ / Υ Υ

EX =

H

X

H

N

2

N .E

Υ /∆∆

EX =3. N

2

N .E

H

X

H

45



Máquinas I

Cálculo de Corrente nos Transformadores Trifásicos

Para se calcular a corrente de linha nos transformadores trifásicos usa-se a formula:

I =E . 3

1000 .KVA

onde: I = corrente de ampères

KVA = potência em 100 voltampères;

E = tensão da conexão.

A densidade de corrente nos condutores bobinados varia de 1,8 a 5 ampères por milímetro quadrado, conforme o projeto, a potência e o meio de refrigeração usado no

transformador.

46

máquinas elétricas

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