Apostila de EletrotcnicaA CONCEITOS ELEMENTARES:Os dispositivos deConversodeEnergiasefundamenta, naatualidade, em princpios originados, principalmente, noacoplamentoeletromagntico. Emvista disso, apresentamos, de forma simplificada, alguns conceitos fsicos, cujo conhecimento e visualizao entendemos como indispensveis para se comear a estudar Converso.B CAMPO MAGNTICO: (Smbolo H) FH O conjunto de linhas orientadas do Plo Norte para o Plo Sul do im so mais serradas na vizinhana dos plos e dispersam-se no espao.Elas desenham o espectro magntico do im. O conjunto destas linhas, ditas linhas de fora, formam o campo magntico do im.Figura 1.1Se colocarmos uma agulha imantada em diferentes pontos do campo do im, ela tomar uma posio tangente a uma linha de fora e, para cada ponto, ficar submetida a umafora que proporcionals massas magnticas e inversamente proporcional distncia.Este valor docampoemumdadoponto, chama-se intensidade de campo magntico.C FLUXO MAGNTICO: (Smbolo ) = .H.S = .SAs linhas de fora de uma im saem do Plo Norte, atravessam o espao, em volta do im e entram pelo Plo Sul se fechando no interior do im.(Figura 1.1).Constatamos que as linhas de fora vo:No Exterior: do Plo Norte ao Plo Sul.No Interior: do Plo Sul ao Plo Norte.Podemos constatar que o nmero de linhas de fora, que passam atravs do im, dependedasuperfciedos plos. Quantomaior for estasuperfcie, maior sero nmero de linhas de fora.Consideremos a figura 1.2. Entre seus dois plos temos um campo magntico (H), formado por certo nmero de linhas de fora. Tomemos, no interior deste campo (H)umapequenaseodesuperfcieS. Constatamosqueelaatravessadaporum determinadonmerodelinhasdeforaqueformamocampomagntico. Ofluxo magntico dado por = .H.S.Figura 1.2D INDUO MAGNTICA (Smbolo ) SH . Retomemos a figura 1.2 e coloquemos no campo (H) uma pea de madeira de seo igual superfcie S.As linhas de fora do campo (H) no sero modificadas.Troquemoseste pedaode madeira por um pedao de ferro de mesma seo. Constatamos uma concentrao das linhas de fora que atravessam a seo do pedao de ferro.Para caracterizar este fenmeno, definimos induo magntica como sendo:S E PERMEABILIDADE MAGNTICA (Smbolo )Naexperinciaanterior, vimos queaconcentraodas linhas deforaque atravessamapeadeferromaiordoqueasconcentraesdasqueatravessamo pedao de madeira. Deduzimos, portanto, que o ferro mais permevel que a madeira passagem de linhas de fora.F RELUTNCIA: (Smbolo R)Representaparaocircuitomagnticooquearesistnciarepresentaparao circuito eltrico. , pois a oposio passagem do fluxo magntico.AR G FORA MAGNETOMOTRIZ: (Smbolo F) F = H.=Ni a fora magnetizaste, de corrente eltrica, que produz o campo magntico.Sua unidade Ampre Espiras.F = . RH FORA ELETROMOTRIZ: (Smbolo f.e.m.) (e) a presso que causa a corrente Eltrica. Esta presso quando criada por um gerador chama-se Fora Eletromotriz (f.e.m.).A diferena de presso entre dois pontos, em um circuito, chamada diferena de potencial, tenso ou voltagem do circuito.I INDUTNCIA: (Smbolo L)Representaocoeficientede proporcionalidadeentre aintensidadedecorrente que percorre um condutor e o fluxo magntico produzido.iLJ LEI DE FARADAY: (INDUO)Desde que haja, no interior de um condutor, uma variao do fluxo magntico, ele ser sede de uma fora eletromotriz variao do fluxo no tempo.dtdet K LEI DE LENZD o sentido da f.e.m. induzida pela Lei de Faraday.O sentido da f.e.m. induzida tal que, se aplicado a um circuito externo, d origem a uma corrente eltrica de sentido tal que o campo magntico por ela produzido, atua de modo a contrariar a causa primria, ou seja, a variao do fluxo.LEI DE AMPRE:A integral de linha da componente tangencial de H sobre um percurso fechado igual corrente enlaada por esse percurso.int.I H.d Lei de Ampre aplicada aos circuitos magnticos NI F Hd .2 FENMENOS FSICOSA Exposies das diversas partemde materiais componentes de diferentes transdutores eletromecnicos.Neste laboratrioteremos a oportunidade de, emprimeirolugar, tomarmos contato com diferentes componentes dos transdutores eletromecnicos.Umtransdutor eletromecnico, comosabemos, umdispositivoquerecebe energia na forma eltrica e converte para a forma mecnica ou vice-versa.Para que ocorra essa conversa, se faz necessrio um acoplamento entre os dois sistemas (eltrico e mecnico). Este acoplamento, na maioria das vezes um acoplamento eletromagntico, mas temos tambm o acoplamento eletrosttico.Vocdeve, nestaoportunidade, verificarcomateno, todososcomponentes disponveis dos transdutores, isto o ajudar, em muito, a entender a sua constituio e funcionamento, fazendo com que o curso de Converso de Energia seja menos terico e mais gratificante.A.1 PROCEDIMENTOSVerificar, IN-LOCO, todos os componentes disponveis no laboratrio, argindo o professor sobre sua funo.B VERIFICAO EXPERIMENTAL DA LEI FARADAY (INDUO ELETROMAGNTICA)De acordo com a equao de campo de Maxwell, um campo eltrico induzido pelavariao, notempo, deumcampomagntico.ALei deFaraday, dainduo eletromagntica, que historicamente precede a generalizao de Maxwell, baseada em evidnciaexperimentais, dizqueumaforaeletromotrizinduzidaemumcircuito eltrico, sempre que o fluxo magntico, que atravessa esse circuito, varia.dtdeB.1 PROCEDIMENTOSB.1.1 Os condutores de uma bobina no so ligados a nenhuma fonte eltrica.No entanto, uma corrente eltrica pode percorr-los. Basta que sejam submetidos e uma variao de imantada.Verifique.FiguraB.1.2 Asvariaesdeimantaopodemser produzidas, entreoutrascoisas, pelo deslocamentodeumeletrom , cujoenrolamentopercorridopor uma corrente contnua...B.1.3 - ... ou ainda, pela rotao deste eletrom . Verificaremos que a corrente percorre a bobina ora em um sentido, ora em outro, sucessivamente, isto varia a cada instante. uma corrente alternada.FiguraB.1.4 Uma corrente alternada, percorrendo a bobina produz uma imantao varivel.Comprove e explique o fenmeno.FiguraB.1.5 Curto-circuitar as extremidades das bobinas.Coloquemo-la, agora, prxima imantao varivel produzida por um eletrompercorrido por uma corrente alternada.Verificar o que acontece.Explique.FiguraB.1.6 A rotao do eletromproduz uma variao de imantao na bobina. Verifique.FiguraB.1.7 Verificar que: A rotao do eletromproduz uma imantao varivel na bobina. Esta imantao varivel gera na bobina uma corrente alternada. As duas imantaes variveis interagem entre si. A rotao do eletromprovoca a rotao da bobina.FiguraB.1.8 Podemos melhorar a rotao da bobina, dando-lhe o feitio chamado Gaiola de Esquilo e acrescentando-se no seu interior chapas magnticas para concentrar as imantaes.Figura3 BALANOS DE ENERGIA1 INTRODUOO Princpio da Conservao da Energia, estabelece que a energia no criada nem destruda; ela meramente mudada na forma, a condio inicial para o estudo dos transdutores de energia. Observando uma mquina eltrica acoplada a uma carga mecnica, inicialmente com os seus circuitos eltricos desexcitados e o eixo em repouso, e ligando-a como motor, a uma fonte eltrica, verificamos que nos instantes iniciais certamente a energia absorvida ser diferente da energia mecnica fornecida a carga. Issosedeveaofatodeque, almdasperdasexistentes, temosaindanesse momentoarmazenamentosdeenergia. Oprimeiroarmazenamentosernocampo magntico que est se estabelecendo no ncleo ferromagntico e nos entreferros. Haver tambm um armazenamento de energia mecnica cintica nos elementos de inrcia que esto sendoacelerados. Finalmente teremos ainda, energia armazenada nos campos eltricos, que se estabelecem no conversor.Figura 3.12 OBJETIVO:Verificar a existncia e variao da fora em um sistema de excitao nica.3 PROCEDIMENTOS:Num eletrom que possa ser excitado tanto com corrente contnua como com corrente alternada, podem ser feitas vrias demonstraes qualitativas e quantitativas. Convmque o eletrom seja operado comcorrentes de que produzambaixas densidades de fluxo no material magntico, para que se possa considerar toda f.m.m. aplicada ao entreferro.a) Inicialmente, com corrente contnua, num valor de corrente de excitao compatvel comoeletrom emquesto, pode-se verificar que essa corrente (que em regime permanente limitada somente pela resistncia) no depende da espessura do entreferro, mas o fluxo (devido a variao da relutncia) sim, e consequentemente, a fora de atrao

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S 21F20 ser funo do entreferro. Se tomarmos o eletrom e mantivermos a corrente de excitao e formos variando o entreferro, com as prprias mos teremos feito uma verificao qualitativa desse fato.b) Se aplicarmos corrente alternada numvalor compatvel, poderemos verificar que, para pequenas variaes do entreferro o valor medido da fora de atrao mantm-se aproximadamente constante, fluxo se mantm(para grandes variaes, o espraiamento de fluxo altera e invalida a demonstrao).O fato da amplitude do fluxo em corrente alternada (senoidal) independer da relutncia, est ligado ao fato de a impedncia normalmente encontrada nos eletroms sempraticamente igual reatncia doenrolamentonas freqncias usuais. Assim sendo, fcil de demonstrar que um aumento de entreferro implicar uma diminuio de indutncia e, consequentemente, uma elevao da corrente de excitao, dada constncia do valor eficaz da tenso aplicada.O aumento da corrente (e da f.m.m.) faz conservar a amplitude do fluxo que tambm senoidal no tempo.c) Aplique-se novamente corrente contnua, num valor que no provoque saturaodomaterial doncleo. Mantm-seaarmadurafechadae toma-se um sinal da corrente de excitao atravs de um osciloscpio, ou, atravs do ponteiro de um ampermetro de baixa inrcia. Abrindo-se bruscamenteoentreferro, pode-seobservar ocomportamentodaquela corrente. Procure determinar como ser o comportamento dessa variao transitria da corrente. Ser umsurto de acrscimo ou decrscimo?d) Medida da fora em corrente contnua. Tomemos o eletrom disponvel. Procureajustaroentreferrocomadeterminadacorrentedeexcitao, observando a existncia da fora resultante. Apartir desse ponto, possvel variar a fora externa e determinar as correntes correspondentes. Podem ser traadas as curvas fora/corrente para vrios calos (espessurasdeentreferro) e, da podemser obtidasascurvasforax entreferro para cada corrente de excitao.A verificao pode ser feita tanto em corrente contnua como em corrente alternada, fazendo-se uma comparao entre as duas.4 CICLO DE HISTERESE E CORRENTE A VAZIOA INTRODUO:Considere-se o transformador mostrado na figura 4.1, com o circuito de secundrio aberto e uma tenso alternada V aplicada aos terminais do primrio. Umapequenacorrentederegimei, chamadacorrentede excitao,circula no primrio e estabelece um fluxo alternado no circuito magntico.Este fluxo induz uma f.e.m.(e1) no primrio.Figura 4.1 Figura 4.1Pela Lei de Lenz e1 uma f.c.e.m, que junto com a queda de tenso na resistncia de primrio r1, deve contrabalanar a tenso aplicada V, assim:V = r1 i + e1 Se a queda de tenso na resistncia for desprezvel, a f.c.e.m. ser igual tensoaplicada. Nestascondies, seumatensosenoidal for aplicada a umenrolamento, dever estabelecer-se umfluxononcleo variando senoidalmente.As propriedades magnticas do ncleo determinam a corrente de excitao.Ela deve ajustar-se de modo a produzir a f.m.m.exigida para criar o fluxo requerido.Devido s propriedades magnticas no lineares do ferro, a forma de onda da corrente de excitao difere da forma de onda de fluxo. A curva da corrente de excitao em funo do tempo pode ser determinada graficamente a partir das caractersticas magnticas do ncleo, na forma ilustrada na figura 4.2.Figura 4.2 Figura 4.2As ondas de tenso e1 e fluxo so senoidais e so mostradas na figura 4.2-a. O ciclo fluxo-f.m.m. no ncleo mostrado na figura 4.2-b. Os valores da f.m.m. correspondentes aos vrios valores do fluxo podem ser determinados deste ciclo de histerese. Por exemplo, no instante t o fluxoinstantneo, eestaumentando; ovalor correspondenteda f.m.m. F, lido na parte relativa a fluxo crescente no ciclo de histerese. Ovalor correspondente i da corrente de excitao marcado em correspondnciaaoinstantetnafigura4.2-a. Noinstantetofluxo tambmtemovalorinstantneo, masestdiminuindo, eosvalores correspondentes de f.m.m. e corrente so F e i. Deste modo possvel desenhar a curva completa da corrente de excitao imostrada na figura 4.2-a.Seacorrentedeexcitaodor analisadapor sriedeFourier, verifica-se que ela se compe de uma fundamental e uma famlia de harmnicas mpares. A fundamental pode, por sua vez, ser separada em duas componentes, uma em fase com a f.c.e.m. e outra atrasada em 90o em relao f.c.e.m. A componente em fase corresponde potncia absorvida pela histerese e perdas por correntes de Foucault no ncleo chamada a componente de perdas no ncleo, da corrente de excitao. Quando esta componente subtrada da corrente de excitao total, a diferena chamada corrente de magnetizao.Esta compreende uma componente fundamental atrasada em90oemrelao a f.c.e.m., e mais todas as harmnicas, cuja principal a terceira pois usualmente cerca de 40% de i. a componente responsvel pela deformao da onda.ENERGIA ARMAZENADA E CICLO DE HISTERESE ENERGIA ARMAZENADA E CICLO DE HISTERESENa equao do balano de energia, a energia associada ao campo magntico determinada pela f.m.m. da bobina e pela configurao do material magntico e da bobina.O campo gera foras mecnicas, mas se no houver movimento mecnico, nenhum trabalho mecnico ser realizado.Ento:dWele = dWcpo + 0A energia do campo para uma configurao especfica pode ento serencontradaapartir daenergiafornecidapelafonteaoestabelecer o campo com configurao fixa.Figura 4.3A energia eltrica de entrada (1d) associada a uma variao no fluxo, absorvida pelo campo.Esta energia absorvida dada por: o ocpod ) ( F d ) ( i WQuando a fonte excita o circuito obtemos a caracterstica (0 a), mostrada na figura 4.3. Aregio(0a b) representa a energia armazenada (Wcpo), pois pela prpria definio de integral, a rea compreendida entre a caracterstica (0 a) e o eixo do fluxo a energia armazenada, o que facilmente constatado pela equao.Aexcitaoreduzidaazero. Espera-sequetodaaenergia armazenada seja devolvida a fonte, ou seja, segundo a caracterstica (0 a). Mas somente a quantidade representada pela rea (a b c) devolvida a fonte. Isto se deve ao fato da presena das perdas de material ferromagntico. Portanto, parte da energia fica retida no material ferromagntico devido as suas propriedades magnticas no lineares.B PROCEDIMENTO: (Visualizao da Caracterstica B x H)Sabemos que E = 4,44 N1. B.S.f) 1 (fS N 44 , 4EB1 Por outro lado ) 2 (NIH. Basta medir I.O circuito ser:Figura 4.4Paraqueacurvadehisteresesurjanateladoosciloscpio, preciso fazer com que a entrada horizontal receba um sinal proporcional a H.Pela equao (2) observa-se que N e so constantes, (transformador j construdo), teremosentoKINIH . Portanto, bastaintroduzir no canal horizontal um sinal proporcional a I, ou seja, a queda da tenso RI no resistor R, devalor conhecido. Conhecendo-seoganhohorizontal do osciloscpio, o valor de H estar perfeitamente determinado.Na entrada vertical, necessita-se colocar um sinal proporcional a B.Pela Lei de Faraday: edtNS1B ) BS (dtdNdtdN eLogo, preciso tomar um sinal proporcional integral de eno tempo,oque conseguidousando-seocircuitoRC.Conhecendo-se as constantes do circuito e o ganho vertical do osciloscpio, o valor instantneo de B ficar perfeitamente determinado.A potncia total entregue ao sistema W = ei, onde i a corrente doprimrioeeovalor tiradodosecundrio. Ento, owattmetro indicar toda a potncia magntica entregue ao sistema. Como a potncia desadapraticamentenula(apenasconsumidapelosinstrumentos), a potncia entregue pela fonte ser PHF.Sabemos que: PHf e PFf2, assim, fazendo a medio em duas freqncias f e f,poderemos escrever:constante Bm que desde K . Bm f 2 , 2 f Bm . Ks P2 2 6 , 1HF + K . Bm ' f 2 . 2 ' f Bm . Ks P2 2 6 , 1F ' H+ A rea do ciclo obtida no osciloscpio dever ser igual leitura do wattmetro, menos as perdas nos instrumentos, parao valor de corrente considerado.Corrente a Vazio(Forma de Onda)Conforme vimos na introduo terica, a forma de onda da corrente de excitao difere da forma de onda do fluxo.Sabemos que:1NRmag x i , onde o fluxo magntico senoidal, o nmero de espiras constante, mas a relutncia varia devido a diferentes estados de saturao que ocorrem no ncleo.A curva da corrente de excitao em funo do tempo, pode ser visualizada na tela do osciloscpio, bastando para isso manter no mesmo, em relao experincia anterior, s o sinal da corrente (canal X).C BIBLIOGRAFIA:FITZGERALD, A.E. Mquinas EltricasKOSOW, Irving L. Mquinas Eltricas e TransformadoresSLEMON, Gordon R. Equipamentos Magneteltricos.D QUESTIONRIO:1) Por que PF desprezvel quando o tempo para a realizao do ciclo for elevado ?2) Por que a forma de onda de i no senoidal ?Qual a sua composio ?3) Comosedeterminaarelaodetransformao, paratransformadores trifsicos ?4) Na caracterstica fluxo x F.M.M., de um transdutor eletromecnico de energia, acoplamento magntico, explique por que a rea compreendida pelo eixo das ordenadas () e a curva, representa a energia armazenada ?5) Por que a rea do ciclo de histerese representa a perda por histerese, por ciclo, de um transdutor eletromecnico, com acoplamento magntico ?6) Definaperdas por histereseeperdas por correntes deFoucault ea relao entre elas.5 POLARIDADE DE TRANSFORMADORESA INTRODUO:A marcao da polaridade dos terminais dos enrolamentos de um transformador monofsico indica quais so os terminais positivos e negativos em um determinado instante, isto , a relao entre os sentidos momentneos das f.e.m. nos enrolamentos primrio e secundrio. Esta polaridade depende fundamentalmente de como so enroladas as espiras do primrio e do secundrio (figura 5.1), que podem ter sentidos concordantes ou discordantes como se v na mesma figura.Figura 5.1a) enrolamentos concordantes b) enrolamentos discordantesV2 = e1 e2V2 = e1 + e2V1 = e1V1 = e1Caso a: Polaridade Subtrativa (mesmo sentido dos enrolamentos)Caso b: Polaridade Aditiva (sentidos contrrios dos enrolamentos)Esses sentidos tmimplicao direta quanto polaridade da f.c.e.m. e f.e.m.Aplicando uma tenso V1ao primrio de ambos os transformadores, coma polaridade indicada na (figura 5.1), haver circulao de correntes nesses enrolamentos, segundo o sentido mostrado. Entoos correspondentes fluxos seroproduzidos e consequentemente aparecero f.e.m. nos enrolamentos secundrios que, de acordo com a Lei de Lenz contrariam a causa que as deu origem. Logo, no caso a, ter-se- uma f.e.m. induzida que tenderia a produzir a corrente i2indicada. Portantoseriainduzidaumaf.e.m. (e2) nosentidoindicado, queirser responsvel por um fluxo contrrio ao fluxo produzido devido a i1. J no caso b, tal f.e.m. dever ter sentido exatamente oposto ao anterior com o propsito de continuar produzindo um fluxo contrrio ao indutor.Analogamente ao que acontece no secundrio, estando o mesmo fluxo cortando tambm o primrio, tem-se uma tenso induzida no circuito do primrio, sendo, pois, denominada por f.c.e.m., tendo o sentido indicado nafigura5.1aeb.Umavezqueatensoaplicada(V1)temamesma polaridade para a f.c.e.m.e1de modo que se tenha o efeito de queda de tenso.Ligando-se, agora, os terminais 1 e 1 em curto, e colocando-se um voltmetro entre 2 e 2, verifica-se que as tenses induzidas (e1e e2) iro subtrair-se (caso a) ou somar-se (caso b), originando da a designao para a polaridade de transformadores.B MARCAO DOS TERMINAISA ABNT recomenda que os terminais de tenso superior sejam marcados com H1e H2, e os de tenso inferior com X1e X2, de tal modo que os sentidos das f.e.m. momentneas sejam sempre concordantes com respeito aos ndices.Comisso, pode-seobservar que, napolaridade subtrativa, os terminais comndice 1soadjacentes, omesmoacontecendocomos ndices 2, e, na polaridade aditiva, esses ndices so opostos entre si.C PROCEDIMENTOS1) Equipamentos Necessrios: Transformador monofsico Voltmetro CA Fonte CC Voltmetro CC Chave monofsica2) Registrar para o transformador ensaiado:VTI = VTS =SN= I1N= I2N =D DETERMINAO DA POLARIDADED-1) Mtodo do Golpe Indutivo de Corrente ContnuaLigam-se os lados de tenso superior a uma fonte CC. Instala-se umvoltmetroCCdosladosdealtaebaixadotrafo. Opositivodo primeiro voltmetro ser ligado em H1e o positivo do segundo voltmetro ser ligado em X1. (marcados inicialmente com um giz).Montagem:Figura 5.2V1 deflete ___________________ V2deflete ___________________Polaridade _______________________Liga-seafonte, observando-seadeflexodeV1. Logoem seguida, desliga-se a fonte, observando-se a deflexo de V2:- Se V1 e V2 defletirem em sentidos opostos Polaridade Subtrativa.- Se V1 e V2 defletem em sentidos opostos Polaridade Aditiva.D-2) Mtodo da Corrente AlternadaNeste caso, ligam-se entre si os lados adjacentes, um na tenso superior, o outro na tenso inferior (H1a X1). Associa-se um voltmetro entre os lados de alta e baixa (entre H2 e X2), ligue tambm um voltmetro na entrada (entre H1 e H2). Proceda a leitura dos instrumentos de medida aplicando uma tenso apropriada entre H1 e H2.Se a primeira leitura (V1) for maior que a segunda, a polaridade ser subtrativa; caso contrrio, ser aditiva.Montagem:Figura 5.3OBS.: Este mtodo se aplica bem para relaes de espiras at 30:1.D-3) MTODO DO TRANSFORMADOR PADROEstemtodoconsisteemcomparar otransformador aensaiar com um transformador-padro de polaridade conhecida que tenha a mesma relao do nmero de espiras.Ligam-seemparaleloosenrolamentosdetensosuperior dos doistransformadores, tendo-seocuidadodeligar entresi os terminais marcados, isto , os de igual polaridade.Ligam-se entre si, na tenso inferior, os terminais da esquerda de quem olha pelo lado da tenso inferior, deixando livres os da direita.Aplica-se uma tenso reduzida no enrolamento de tenso superior e mede-se o valor da tenso entre os dois terminais livres.Se este valor for nulo, oupraticamente nulo, os dois transformadores tero a mesma polaridade, ficando dessa forma conhecida a marcao dos terminaisdotransformador emteste. Casocontrrio, amarcaodos terminais do segundo transformador ser emseqncia oposta ao do primeiro.Montagem:Figura 5.4E BIBLIOGRAFIA OLIVEIRA, J.C. Transformadores Teoria e EnsaiosKOSOW, I.L. Mquinas Eltricas e TransformadoresF QUESTIONRIO 1) Como efetuaroteste deC.A.,(polaridade) para transformadorescom relao de espiras superior a 30:1 ?2) Quais as vantagens da utilizao quase que de apenas transformadores subtrativos.3) Justificar o mtodo C.A., apresentandoumcasoemque V2> Z1 ;Zm >> Z2C EXECUO DO ENSAIOI) Material Necessrio: 1 transformador 1 1 varivolt 1 1 voltmetro 1 ampermetro 1 wattmetro cabos para conexesII) PreparaoRegistrar os dados de placa do transformador:VN(BT) = ____________ (V) VN(AT) = ___________(V)IN(BT)= ____________ (A) IN(AT) = ___________(A)SN = ____________ (KVA) f = __________(Hz)III) Montagem:Ligar o transformador a uma fonte de tenso, alimentando-o pelo lado de baixa e deixando o lado de alta tenso em aberto, conforme a figura a seguir:Figura 6.4Para a tenso e freqncia nominais anote:V= ___________________(V)Io= ___________________(A)Po = ___________________(W)D ANLISEI) Determinar a relao de transformaoa com os valores de ensaiob com os dados de placaII) Determinar a corrente vazio em porcentagem da corrente nominal.III) Determinar os parmetros do ramo magnetizante utilizando as representaes srie e paralela.E BIBLIOGRAFIAFITZGERALD, A.E. Mquinas EltricasKOSOW, Irving, L. Mquinas Eltricas e TransformadoresFALCONE, A.G. EletromecnicaOLIVEIRA, J.C. Transformadores Teoria em EnsaiosF QUESTIONRIO1) Qual enrolamento (AT ou BT) normalmente utilizado para a execuo do ensaio vazio ? Justifique.2) Porque as perdas no cobre podem ser despresadas no ensaio vazio ?3) Analisar o problema das perdas se um trafo com freqncia nominal de 50 Hz trabalha com 60 Hz.4) Casooensaiofosse realizado comumtransformador trifsicoque alteraes seriam necessrias ?5) Porque a laminao do ncleo dos transformadores reduz as perdas por correntes parasitas (Foucaut) ?6) Pesquise informaes sobre a corrente transitria de magnetizao (INRUSH).7) Desenheocircuitoequivalentedotransformadorquandoesteopera vazio e justifique o desprezo da impedncia primria para o clculo da impedncia do ramo magnetizante.7 ENSAIO EM CURTO-CIRCUITOA INTRODUOSejaocircuitoequivalente de umtrafomonofsico(referido primrio).Figura 7.1Caso apliquemos um curto-circuito no secundrio sero nulos: A tenso terminal secundria (V2 = 0) A impedncia de carga (Zcarga = 0)Alm disso, considerando que Vcc baixo (da ordem de 10% de Vn), a induo no ncleo reduz-se na mesma proporo, consequentemente as perdas por histerese (PH B1,6) e as perdas por corrente de Foucaut (PF B2) podem ser despresadas.O circuito equivalente para o ensaio em curto ento fica:Figura 7.2onde: R = r1 + r2X = x1 + x2Vcc=Tensoaplicadaaoprimrio, quandoosecundrioestemcurto-circuito, e que faz circular a corrente nominal doenrolamento primrio.Para a realizao do ensaio faz-se necessrio circular a corrente nominaldotransformador, portantoaconselhvel executaroensaiono enrolamento de AT que possui uma menor corrente nominal. Assim, os instrumentos de medioseroligados noenrolamentode ATe curto circuitaremos o enrolamento de BT.B OBJETIVOO ensaio em curto-circuito permite a determinao de: Perdas no cobre Queda de tenso interna Impedncia, resistncia e reatncia percentuaisB.1 PERDAS NO COBRE (Pj)Acorrente que circula no transformador depende da carga alimentada pelo mesmo. As perdas nos enrolamentos, que so por efeito joule, podem ser expressas por:22 221 122 221 1I R I R I r I r Pj + onde: 2 1 2 2 1 1r r R r r R + + Como as perdas nos enrolamentos so proporcionais ao quadrado da corrente circulante, torna-se necessrio estabelecer umponto de operao a fim de caracterizar as perdas no cobre. Esse ponto de operao corresponde corrente nominal.B.2 QUEDA DE TENSO INTERNA (V)Aquedadatensointernareferida AT, conformeocircuito equivalente simplificado dada por: V = Z1 I1.Pode-seafirmarque, aofecharosecundrioemcurto-circuito, atenso aplicada ao primrio ser a prpria queda de tenso procurada. Naturalmente, sendoaquedadetensofunodacorrente, issoforaa especificao do ponto de operao do transformador que, como anteriormente, corresponder ao nominal.B.3 IMPEDNCIA, RESISTNCIA E REATNCIA PERCENTUAIS (Z%, R%, X%)Uminconveniente do circuito equivalente do transformador reside no fato de que as grandezas eltricas so numericamente diferentes caso o circuito seja referido ao primrio ou secundrio. Tendo em vista o grande nmero de transformadores presentes nas redes eltricas e objetivando contornar as dificuldades de clculo pode-se processar os estudos atravs de uma alterao de unidades, que na verdade transforma todas as grandezas em adimensionais conforme detalhado a seguir:2cc 1IPjR 100 .VI. R 100 .VI. R 100 .ZR% Rn 2n 22n 1n 11base1 I I Sen 1 1cc R% = Pjm/sm . 100cc 1cc 11IVZ100 .VI. Z 100 .VI. Z 100 .ZZ% Zn 2n 22n 1n 11base1 n 1 1ccI I Se 100 .VV% Zn 1cc 1n2 2 2121 1% R Z% X% R Z X CasootestetenhasidofeitocomI1ccI1npodemos obter a seguinte correo:cc 1n 1cc 1 1ccnn 1ccn 1cc 1cc 11II. V V IVIVZ [2] I R PIIP P P [1]I R P2n 1 1 ccn 12cc 1n 1cc 1 ccn 1 jn2cc 1 1 cc 1

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C CORREO DO VALOR DA RESISTNCIADurante o ensaio, os enrolamentos esto temperatura ambiente (A), enohtemposuficienteparaoaquecimentodotransformador. Como se sabe a resistncia varia com a temperatura. Torna-se necessrio, portanto, a correo do valor calculado de R.Corrige-se para 75oC no caso de trafos de classe de temperatura 105o a 130oC.Corrige-se para 115oC no caso de trafosde classe de temperatura 155o a 180oC.A correo feita atravsda seguinte frmula:2 2%) X ( F) (R% A Z% AK.R% F % R + A 1/F / 1K onde:F = temperatura final (oC)A = temperatura ambiente (oC)1/ = 225 para o alumnio1/ = 234, 5 para o cobreD PREPARAO DO ENSAIOD.1REGISTRAROSDADOSDEPLACADOTRAFOASER ENSAIADOSN = _______________ KVAf = ______________ HzV1 = _______________ VV2 = ______________ VI1= _______________ AI2= ______________ AD.2 MATERIAL NECESSRIO 1 transformador monofsico 1 transformador variador de tenso monofsico (Varivolt) 1 ampermetro 1 voltmetro 1 wattmetro cabos para conexesE EXCUO DO ENSAIOLigar o trafo fonte de tenso, alimentando o lado de AT e curto-circuitando o lado de BT conforme o esquema a seguir:Figura 7.3Aps conectar os equipamentos conforme o esquema acima, fazemos circular corrente nominal no trafo. Para tal aumenta-se cuidadosamente o nvel de tenso at que Icc = I1n.Caso no seja possvel circular a corrente nominal do trafo, veja a frmula de correo apresentada no tem B.3.A potncia medida pelo wattmetro (Pcc) corresponde aproximadamente potncia dissipada nos enrolamentos.A tenso medida pelo voltmetro (Vcc) corresponde aproximadamente queda de tenso interna.F ANLISE1. CalculeR1, X1, Z12. Calcule R%, X%, Z%3. Corrija a impedncia para a temperatura de operao do transformador ensaiado4. Calcule Vcc%G BIBLIOGRAFIAFITZGERALD, A.E. Mquinas EltricasFALCONE, A.G. EletromecnicaKOSOW, Irving, L. Mquinas Eltricas e TransformadoresOLIVEIRA, J.C. Transformadores Teoria e EnsaiosH QUESTIONRIO1) Justifique porque normalmente se utiliza o enrolamento de AT para a execuo do ensaio em curto-circuito.2) Qual a vantagem e desvantagem de um trafo que tenha grande Vccem sistemas eltricos ?3) Duranteoensaioemcurto-circuito, oqueocorrecomainduono ncleo do transformador ?Justificar.4) Durante a realizao do ensaio em curto-circuito ocorrem as chamadas perdas adicionais.Pesquise e apresente comentrios sobre esse tipo de perdas.5) Aoensaiartransformadorestrifsicos, quealteraessointroduzidas no procedimento de clculo dos parmetros de transformadores ? (Parmetros de excitao e disperso).6) Pesquise e apresente informaes sobre aCapabilidadedos transformadores.8 RENDIMENTO E REGULAO DE TRANSFORMADORES1 INTRODUOOgrande nmero de transformadores presentes numa rede eltrica(desdeageraoatopontodeutilizaodaenergiaeltrica) determina que os mesmos devam, se possvel, apresentar rendimentos prximos ao valor 100%.De fato, os esforos do passado tanto no que se refere a materiais como projeto e construo, resultaram em dispositivos atuais que apresentam rendimentos prximos a 98 ou 99%.Adicionalmente, h ainda a se considerar dois tipos de aplicaes:I Trafo de Distribuio (potncia nominal at em torno de 500 KVA)Figura 8.1 Figura 8.1Observamos que o transformador de distribuio opera a maior parte do dia comaproximadamente 50%de sua potncia nominal e somente na faixa de tempo compreendida entre 17 e 22 horas opera plena carga.II Trafo de Fora (potncia nominal maior que 500 KVA)Figura 8.2 Figura 8.2O transformador de fora opera 24 horas plena carga.Estas caractersticas operacionais distintas implicamdiferentes critrios de projeto para os dois tipos de transformadores. Enquanto que para oprimeiro interessante que orendimentomximoocorra para, talvez, 40% Sn; o caso do trafo de fora impe que o rendimento mximo deve ocorrer em torno de Sn.Um problema de grande importncia operacional est vinculado comavariaodatensosecundria(V2) comacarga. Estavariao define a regulao de um trafo e mede a variao da tenso em relao a tenso secundria vazio (E2).A regulao positiva determina um reduo da magnitude de V2 emrelaoaE2, eofenmenoestassociadoaosuprimentodecargas indutivasoufracamentecapacitiva. Nocasodeumacargafortemente capacitiva podemos ter uma regulao negativa e neste caso V2 > E2.2 OBJETIVOEste ensaio tempor finalidade verificar o rendimento e a regulao de um transformador atravs da variao da carga conectada nos terminais do secundrio.2.1 RENDIMENTO:Durante a operao de umtransformador, a transferncia de energiaeltrica doprimrioparaosecundriosefazacompanhadade perdas, ouseja, apotnciatil nosecundriomenorquenoprimrio. Essas perdas se manifestam sob a forma de calor e tem origem tanto nos enrolamentos (Perdas Joule), como no material do ncleo magntico (histerese e Foucault). Define-se rendimento como sendo a relao entre a potncia ativa de sada (secundrio) e a potncia ativa de entrada (primrio).Matematicamente, o rendimento expresso por:100 xPP%PP1212 importante determinar o ponto de operao do transformador no qual ocorre o rendimento mximo. Tal ponto, estabelecido no projeto, funo das perdas no trafo e dado por:PjnP 1,2max) % ( fco onden 22IIfc = fator de carga; sendo I2n a corrente nominal para o secundrio do transformadorPo= perdas no ncleoPjn= perda joule nominalGraficamente, temos o seguinte:Figura 8.3 Figura 8.3De acordo com a ABNT, o rendimento nominal de um transformador calculado ou medido sob as seguintes condies: Tenso nominal (Vn) Corrente nominal (In) Fator de potncia da carga unitrio (cos c = 1)2.2 REGULAOEntendendootransformadorcomoumaimpednciasrieentre fonte e carga, verifica-se que a circulao de corrente sobre esta impedncia levar a uma queda de tenso (V). Define-se a regulao de tenso para transformadores como sendo a variao da tenso nos terminais do secundrio, quando a este conectada uma carga. Como transformador vazio, no secundrio tem-se E2, que passa para um valor V2 ao se ligar uma carga.Se a variao pequena diz-se que a regulao boa.A regulao de tenso expressa por:100x VV EReg%VV Eg Re22 222 2E pode tambm ser dada por:Reg% = R% . cosReg% = R% . cos c . fc + X% . senc . fc + X% . sen c . fc c . fconde:R% = resistncia percentualX% = reatncia percentualcos c = fator de potncia da cargafc= fator de carga = n 22II3 PREPARAO DO ENSAIO3.1 MATERIAL NECESSRIO 1 trafo monofsico 1 transformador variador de voltagem (Varivolt) 1 carga resistiva varivel (Reostato) 2 ampermetros 2 voltmetros 2 wattmetros3.2 REGISTRAR OS SEGUINTES DADOS DE PLACA DO TRANSFORMADOR A SER ENSAIADOSn= ________________ KVA I1n = _______________ AV1n = ________________ V I2n = _______________ AV2n = ________________ V f = _______________ HzObserve se os instrumentos so compatveis com os valores a serem medidos.4 EXECUO DO ENSAIOTanto o rendimento como a regulao de tenso so funes da corrente de carga (I2). O objetivo verificar o rendimento e a regulao paradiversosvaloresdecorrentedecarga. Paratanto, faaaseguinte montagem:Figura 8.4 Figura 8.4Aps conectar os equipamentos:a) Aplicar tenso nominal no primrio, e com o secundrio aberto colher os dados Po, Io e Vo.b) Retornar o varivolt a zero, curto-circuitar o secundrio e colher os dados do ensaio em curto Pcc, Icc e Vcc.c) Retirar o curto, aplicar tenso nominal no primrio e preencher o quadro a seguir:I2(A) V2(V) P2(W) I1(A) V1(V) P1(W)%Reg %0,00,200,300,350,400,450,500,550,600,701,0Nota:Nem sempre possvel realizar este ensaio para grandes transformadores face s dificuldades de obter-se cargas compatveis com sua potncia nominal.5 ANLISE6. Com os dados da tabela obtida no tem 4, traar a curva % x fc.7. Classifique o transformador ensaiado (fora ou distribuio).8. Calcule o fator de carga para o rendimento mximo.9. Para corrente de carga I2= 1,0 A, considerando os dados do ensaio vazioeemcurto, equeV1=220Vcalcular V2, orendimento, a regulao de tenso, e comparar com os valores obtidos na experincia.6 BIBLIOGRAFIAOLIVEIRA, J.C. Transformadores Teoria e Ensaios Editora Edgard Blucher, 1984.KOSOW, I.L. MquinasEltricase TransformadoresEditoraGlobo, 1977.7 QUESTES1) No ensaio, o fator de potncia da carga foi unitrio.O que aconteceria com o rendimento se o fator de potncia da carga fosse menor que 1 ?2) Critique a afirmativa:Umbomtransformador possui umalto rendimento e uma baixa regulao.3) possvel que umtransformador tenha uma regulao de tenso negativa?Explique .4) Pesquisee apresente informaes sobre orendimentodiriode um transformador.9 CAMPO MAGNTICO GIRANTEA INTRODUOPara umperfeito entendimento da teoria das mquinas de corrente alternada, devemos dar uma ateno especial ao conceito de campo magntico girante, cujas condies para existncia so:1. Existncia de um conjunto de enrolamento deslocados no espao.2. Alimentao desses enrolamentos pormeiode correntes defasadasno tempo.Sabemos que o conjugado produzido pelas mquinas de C.A. o resultado da interao de campos magntico, no entreferro.CAMPO GIRANTE PRODUZIDO POR UM SISTEMA TRIFSICO CAMPO GIRANTE PRODUZIDO POR UM SISTEMA TRIFSICO1. OBJETIVOS Mostrar atravs da utilizao de 3 bobinas e da gaiola de esquilo a existncia no campo girante.2. MATERIAL UTILIZADO : 3 bobinas - R = Imax =- X = Z= 3 ampermetros 1 voltmetro 1 varivolt trifsico3. REALIZAO PRTICA DO ENSAIO Ligao das bobinas em Y- conforme esquema:Figura 9.1 Figura 9.14.1. Para uma tenso aplicada determinar os valores de i1, i2 e i3V (V) (Linha) i1 (A) (Linha) i2 (A) Linha i3 (A) Linha4.2. Para a mesma tenso aplicada anteriormente (4.1) e fazendo uma das correntesigual a zero (por exemplo i1) determinar i2 e i3.V (V) Linha i1 (A) Linha i2 (A) Linha i3 (A) LinhaZERO ZERO4.3. Invertaaalimentaoentre duas fases. Porexemplofaaa corrente i1 circular pela fase b e a corrente i2 circular pela fase a e verifique o sentido de giro da gaiola.4.4.Afasteastrsbobinassimultaneamentedagaiolaevejaoque ocorre com a velocidade de giro da mesma.4.5. Para as mesmas bobinas anteriores faa a conexo em e alimente com uma tenso de 3 / 1 da anteriormente aplicada e determine.V (V) Linha i1 (A) Linha i2 (A) Linha i3 (A) Linha4.6. Para a mesma tenso do item 4.5. e fazendo i1 igual a zero,V (V) Linha i1 (A) Linha i2 (A) Linha i3 (A) LinhaZERO4.7. Repita o item 4.3.4.8. Repita o item 4.4.PERGUNTAS1. Porque quando h a perda de uma fase (itens 4.2 e 4.6) as correntes nas outras fases aumentam de intensidade.2. Justificar os itens 4.3. e 4.7., ou seja, porque h a inverso do sentido de giro da gaiola.3. Justificar detalhadamente os itens 4.4. e 4.8. 4. Existealteraonagaioladeesquiloquandoasligaesdasbobinas passam de Y para ?Porque ?5. Quais tenses (valores e corrente teramos se os instrumentos de mediofossemcolocadoscomomostradoabaixo(ligao Y)paraa mesma tenso de alimentao do item 4.1.Figura 9.2 Figura 9.210.Compareosresultadosanteriorescomosobtidosem4.1. eanaliseo ocorrido.11. Quais valoresdetensoede correnteteramosse osinstrumentos de medio fossem colocados como mostrado abaixo (ligao em ) para a mesma tenso de alimentao do item 4.5.Figura 9.3 Figura 9.3Portanto, verificamos queumenrolamentopolifsicoexcitado por correntes polifsicas equilibradas, produz o mesmo efeito geral que produzido pela rotao de umim permanente emtorno de umeixo perpendicularaoim, oupelarotaodosplosdecampoexcitadopor corrente contnua.Conclumos que ao aplicarmos um sistema trifsico de correntes ao estator, produzimos um campo girante. O campo girante induz f.e.m. nos condutores do rotor.No motor sncrono a polaridade do campo fixada pela corrente contnua que circula o enrolamento dos plos. O circuito da armadura e do rotor so separados.Para que o conjugado tenha sempre o mesmo sentido necessrio que o campo girante e os plos se desloquem com a mesma velocidade.No motor de induo a corrente que circula no rotor devido ao fenmenodainduo. Ocampogiranteinduznorotor af.e.m. que produz a corrente do rotor. Consequentemente, para que haja conjugado, necessrio que o rotor tenha uma velocidade diferente da do campo girante, pois se fossem iguais no haveria induo de f.e.m. no rotor.Portanto, s teremosconjugadonomotordeinduo, paravelocidadesdiferentesda velocidade sncrona.A velocidade sncrona do campo girante dada por:pf 120Ns60Ns

2Pf A velocidade do rotor, para o motor de induo dada por:Ns ) S 1 ( NrNsNr NsS onde:f= freqnciap = nmero de plosS = escorregamentoFinalmente podemos concluir que:1) SeNrNs, casoemqueamquinaacionadaemumavelocidade acimadasncrona, oscondutoresdorotorseronovamentecortados pelo fluxo do campo girante, produzindo agora um conjugado resistente. Funcionamento como gerador.B OBJETIVOUtilizando dois motores de induo, verificar a presena do campo magntico girante.C PROCEDIMENTO1) Ligar os motores conforme a figura 9.4.2) Tentar partir omotor nmero1 (veja obs. 1 abaixo coma chave monofsica) S3 aberta. Observar que assim ele no parte.3) Fechar a chave S3 e tentar novamente partir o motor nmero 1. Agora ele partir e entrar em regime normal de funcionamento aps retirar o dispositivo auxiliar de partida (se houver).4) ComomotorgirandoabrirachaveS3. Observarqueelecontinua funcionando.5) Ainda comS3na posioaberta tentar partir nomotor nmero2. Verificar que ele ir partir e que ir existir uma corrente na fase ado motor.Por que?6) Desligar ambos os motores e voltar a chave S3para a posio fechada. Observar os seguintes processos de partida para o motor de induo:a) Partida com resistncia inserida no circuito do rotor (somente para o motor de rotor bobinado).b) Partida comtensoreduzida comauto-transformadores (varivolt trifsico no nosso caso).c) Partidaestrela-tringulo, sendoestrelanapartidaetringuloem funcionamento normal.7) Responder as questes propostas.Figura 9.4 Figura 9.4OBSERVAO1. Na partida do motor bobinado a resistncia do rotor deve ser mxima. Em funcionamento normal deve ser mnima.2. Dos dois motores da figura 8.4, um deve ser o motor de rotor bobinado. O outro pode ser o de rotor em gaiola.QUESTES1) O motor de induo parte se uma fase estiver em aberto ? Por que ?2) Omotor de induocontinua funcionamentose abrir umade suas fases ?3) Como reduzir a corrente de partida de motor de induo.a de rotor bobinado?b de rotor em gaiola?4) Por que o motor de induo nmero 2 partiu com uma fase aberta mas com o motor nmero 1 funcionamento ?(Ver figura 9.4)5) Como podemos variar a velocidade de um motor de induo de rotor bobinado ?Explicar apenas o processo mais usual.6) Por que a mquina de induo tambmchamada de mquina assncrona ?7) Nomotordeinduotrifsicoemfuncionamentonormal temosdois campos magnticos, o de estator que gira velocidade sncrona Nse o de rotor devidos s tenses e correntes induzidas que gira a uma certa velocidadeN, ambas emrelao a ummesmo referencial parado. Baseado nisto pergunta-se:a Como obter a velocidade N de funo de Ns e Nr ?b Qual a velocidade relativa entre N e Ns ? Explique o por que dos resultados encontrados.10 MQUINA DE INDUOI) INTRODUOUmaformadeexcitar os enrolamentos doestator edorotor ocorre na mquina de induo, na qual h correntes alternadas nos dois enrolamentos, do estator e do rotor.A mquina de induo pode ser considerada como um transformador generalizado, no qual ocorre transformao de potncia eltrica entre estator e rotor, com mudana de freqncia e com fluxo de potncia mecnica. Embora o motor de induo seja o mais comum de todos os motores, a mquina de induo raramente usada como gerador; suas caractersticas de desempenho como gerador no so satisfatrias para amaioriadasaplicaes.Amquinadeinduopodeser empregada tambm como conversor de freqncia.No motor de induo, o enrolamento do estator semelhante ao da mquina sncrona e da mesmaquandofor excitadopor umafonte polifsica simtrica, este produzir no entreferro um campo magntico que gira velocidade sncrona (Ns) dada por:pf 120Ns (1)f = freqncia aplicada ao estatorp = nmero de polos do motorO enrolamento de rotor pode ser de dois tipos;a) Rotor bobinado ou enrolado : com enrolamento polifsico semelhante ao estator e com o mesmo nmero de polos. Por ser ligado em estrela ou tringulo. As fases so ligadas geralmente emestrela comas extremidades ligadas anis coletores isolados montados sobre o eixo. Por meio de escovas (de grafite ou carvo) os terminais so disponveis externamente.Neste tipo, o circuito do rotor pode se fechar atravs de impedncias externas.Figura 10.1 - Rotor bobinado com Z Figura 10.1 - Rotor bobinado com Z1 1, Z , Z2 2 e Z e Z3 3 de impedncias externas. de impedncias externas.b) Rotor gaiola de esquilo ou em curto-circuito : Com um enrolamento que consiste de barras condutoras (geralmente de alumnio) encaixadas noferrodorotor ecurto-circuitadosemcadaextremidadepor anis condutores. o mais usado em aplicaes gerais devido a sua extrema simplicidade e robustez e principalmente o baixo custo de fabricao. Nestecaso, nopodemser introduzidas impedncias nocircuitodo rotor.Figura 10.2 Rotor gaiola de esquilo.Funcionamento:O funcionamento do motor de induo trifsico pode ser resumido assim: Oestatorligadoaumafontedetensotrifsicaequilibradadando origemaumcampomagnticogirantecujavelocidadedadapela equao (1). Da forma-se no rotor fem(s) induzida devido ao movimento relativo existente entre o campo e os condutores do rotor. Estastensesoriginam,porsuavez,correntes nocircuitofechadodo rotor produzindo um campo magntico do rotor. A tendncia dos dois campos de se alinharem que produz o conjugado eletromagntico e a rotao do motor (Nr).Para que astenses e correntes continuem a ser induzidas norotor, a velocidade defuncionamentodomotor nunca poder igualar a velocidade sncrona do campo girante de estator (Ns), pois os condutores do rotor estariam imveis com respeito ao campo do estator, nohaveriavariaodefluxoeconsequentementenenhuma tenso seria neles induzida. Assim o rotor escorrega a cada instante em relao ao campo girante do estator sendo velocidade de escorregamento (ou recuo) dada pela diferena (Ns Nr). Da define-se oescorregamentoem porcentagem da velocidade sncrona dado por:(2)100% x NSNr Ns% SNr velocidade mecnica do rotor Nr velocidade mecnica do rotorNs velocidade sncrona do campo estatorNr = (1 S) Ns (3)S escorregamento S escorregamentoPodemos, portanto, estabelecer as seguintes concluses:a) SeNr < Ns, os condutores do rotor so cortados pelo campo girante do estator produzindo um torque motor e o funcionamento como motor de induo (S positivo).b) SeNr = Ns, no haver movimento relativo entre os condutores do rotor eocampogirantedoestator eamquinanofuncionanemcomo motor, nem como gerador; da a razo de serem chamadas assncronas (S = 0).c) Se Nr=Ns, casoemqueamquinadeinduoacionadaporum rgo propulsor emuma velocidade acima da sncrona, temos o funcionamento como gerador de induo,pois os condutores do rotor so novamente cortados pelo campo girante do estator produzindo agora um torque resistente (S negativo).Partida dos Motores Trifsicos em Rotor em Gaiola Partida dos Motores Trifsicos em Rotor em GaiolaNo momento em que se liga o estator linha, desenvolve-se no rotor um f.e.m. induzida, exatamente como no secundrio de um transformador; o rotor, est em curto-circuito a corrente que da resulta muito intensa. Depois medida que a rotao do motor aumenta, o rotor passa a cortar menos linhas de fora, dimuindo a f.e.m. induzida e consequentemente a corrente.Oelevado valor que atinge a corrente induzida no rotor no momento do arranque, provoca no estator, ou primrio, o consumo de uma grandecorrentemuitosuperior absorvidaaplenacarga(4a7vezes maior) isto ocasiona uma queda de tenso na rede de alimentao. Por esse motivo preciso usar, exceto nos motores de pequena potncia, um dispositivo que reduza a corrente de arranque (partida).Como no possvel intercalar resistncias no rotor (curto-circuitado), torna-se necessrio reduzir a tenso aplicada ao estator. Para isso, pode-seusarum compensadordepartidaouumachaveestrela-tringulo.LIMITES MXIMOS DE POTNCIA DE MOTORESTipo do MotorFornecimento Partida DiretaRotor em Gaiola Dispositivos Auxiliares de PartidaMotor MonofsicoTipo No de FiosTenso (V)Chave Srie ParaleloChave Estrela TringuloCompensador de Partida Resistncia ou Reatncia PrimriaRotor Bobinado50% 65% 80% 70% 85%Motor A 2 127 2CV xxxxxxx xxxxxxx Xxxxxx xxxxxx xxxxxx Xxxxxx xxxx xxxxxxxxMonofsico B 3 220 5CV xxxxxxx xxxxxxx Xxxxxx xxxxxx xxxxxx Xxxxxx xxxx xxxxxxxxMotor TrifsicoD 4 220 5CV 10CV 10CV 10CV 12,5CV 7,5CV 15CV 6CV 10CVNOTA: 1) Fonte: ED 1.3CARACTERSTICAS DOS DISPOSITIVOS DE PARTIDAValores em relao a partida direta (%)Dispositivo Tenso Aplicada ao EnrolamentoCorrente e Potncia Aparente (1)ConjugadoAplicao CaractersticasChave srie-paralelo 50 25 25Motores para 4 tenses em que a partida se faa praticamente a vazioProporciona baixo conjugado de partida.Necessita de motores para 4 tensesChave estrela-tringulo 58 33 33Cargas que apresentam conjugados resistentes de partida at aproximadamente 1/3 do conjugado nominal do motor.Proporciona baixo conjugado de partida (porm superior a chave srie-paralelo)50 25 25Chave compensadora (auto-transformador)65 42 42Cargas com conjugados resistentes de partida prximos da metade do conjugado nominal do motor.Proporciona umconjugado de partida ajustvel as necessidades da carga.80 64 64Cargas com conjugado Utilizado quando o conjugado resistente de Resistncia ou reatncia primria70A8570A8570A85resistentes de partida maiores que 1/3doconjugadonominal do motor.Cargas de elevada inrcia.Necessidade de acelerao suavepartida ou a inrcia no permitem a utilizao da chave Y. Proporciona aceleraosuave. Produz perdas e aquecimento quando utiliza resistncia primriaMotor com rotor bobinado resistncia rotrica100 100 100Cargas com conjugados resistentes de partida elevados. Cargas de elevada inrcia. Cargas que necessitam de controle de velocidadePermite controle do conjugado na partida, permite controle da velocidade de regime. Apresenta melhor fator de potncia na partida (prximoa70%). Produz perdas e aquecimento na resistncia externa.NOTAS:1) Potncia aparente requerida do alimentador2) Fonte: ED 1.3 Compensador de Partida A tenso reduzida mediante um transformador que se intercala entre omotor e a linha e sesuprime logoque omotor atingea sua velocidade plena.Os transformadores usados para esse fim so sempre atutotransformadores ligados geralmente em V ou raramente em Y.Nos autotransformadores consegue-se reduzir a corrente de partida com o quadrado da relao de transformao, o que uma reduo significante, j que so construdos para darem relaes tais como 0,8; 0,65 e 0,5. Chave Estrela-Tringulo Esta chave pode ser empregada para a partida de motores destinados a funcionar em tringulo.Atensonosenrolamentosreduzidanomomentodepartida para V/3 mediante a ligao dos enrolamentos em estrela.Partida dos Motores Trifsicos de Rotor Bobinado Partida dos Motores Trifsicos de Rotor BobinadoNos motores de rotor bobinado aumenta-se o conjugado de arranque e reduz-se a corrente na partida por meio de um reostado aplicado nos enrolamentos do rotor.Para partir o motor, liga-se a chave de alimentao e manobra-se lentamenteamaniveladoreostatodepartidaatqueomotor atinjaa rotao de regime.No ltimo ponto os braos da manivela pem em curto-circuito as resistncias e, por conseguinte, os enrolamentos do rotor.H motores que so munidos de dispositivo destinado a levantar as escovas depois da partida, ao mesmo tempo que pe em curto-circuito os anis, passando o motor a trabalhar depois de levar a manivela do reostato ao ltimo ponto. Coloca-se por fim a manivela no ponto morto, para evitar aquecimento no futuro arranque.Quandoomotornotemdispositivodelevantarasescovas, necessrio deixar a manivela do reostato no ltimo ponto a fim de fechar o rotor em curto-circuito.Variao da Velocidade dos Motores Trifsicos Variao da Velocidade dos Motores TrifsicosA variao da velocidade dos motores de rotor em curto-circuito s pode ser obtida modificando-se a freqncia da corrente de alimentao ouonmerodeplos.Avariaodafreqncianonormalmente possvel, e a variao do nmero de plos do estator s se pode fazer em motores de construo especial para esse fim, que duplicam ou triplicam a velocidade, porm pequenas variaes de velocidade no so possveis.No caso de motores de rotor bobinado a diminuio de velocidade pode ser feita, dentro de certos limites, pelo reostato do rotor, deste que as resistncias tenham capacidade suficiente para poder ficar no circuito. Esse processo tem o inconveniente de reduzir o rendimento do motor, dada a perda de energia nas resistncias do reostato.II PREPARAOEquipamento:1 unidade de motor de induo1 unidade de mquina de corrente contnua1 tacmetroIII EXECUO:Modo de Operao1. Acoplar o motor de induo mquina de corrente contnua;2. Fazer as conexes domotor de induoe da mquina de corrente contnua conforme a figura 10.3.3. Dar partidaaomotor deCC, notar osentidoderotaoeajustar o reostato de campo de modo que a velocidade seja 95% da velocidade de sincronismo do motor de induo e em seguida desligar a alimentao do motor de CC.4. Dar partidaaoconjuntopor meiodomotor deinduo,nomesmo sentido observado no item anterior.5. Enquanto o conjunto est sendo impulsionado pelo motor de induo, darpartida ao motorde CCe ajustar a velocidadeexatamentepara a velocidade de sincronismo. Tomar as medidas de:velocidade, tenso, corrente e potncia no motor de induo e tenso de linha, corrente de campo no motor de CC.6. Aumentar a potncia fornecida pelo motor de induo linha de alimentao trifsica em 10 degraus, aumentando at 110% a velocidade. Ler os valores de velocidade, corrente de linha e potncia do motor de induo.NOTA: Duranteestaexperinciaowattmetrodarindicaoinvertida (abaixo de zero) quando estiver sendo fornecida potncia linha. Para efetuar as leituras, inverter as ligaes da bobina de tenso do mesmo.Dos dados obtidos nos tens 5 e 6, calcular:a) Potncia de sada do gerador de induo = Psb) Fator de potnciaI . E . 73 , 1Pscos c) Escorregamento100 x o Sincronism VelocidadeRotor Velocidade - Sincroismo VelocidadeFigura 10.3IV BIBLIOGRAFIAFITZGERALD, A.E., KINGSLEY Jr. Mquinas Eltricas, So Paulo, McGraw Hill do Brasil, 1975.SEPLVEDA, H.L. Mquinas Eltricas Guias de Aulas Prticas, Edies Engenharia, 1969.MARQUES, N.L. Eletrotcnica, Escola Nacional de Engenharia da Universidade do Brasil, Servio de Publicaes, 1965.SILVA, H.R. Eletrotcnica Geral I II Parte I, UFMG Belo Horizonte, Edies Engenharia, 1966.V QUESTIONRIO1. Explicarcomopossvelexcitaroestatoreorotordeumamquina com corrente alternada.2. Mostre porque o rotor do motor de induo nunca pode atingir a velocidade sncrona.3. Mostreque os campos girantes doestator e dorotor domotor de induo so estacionrios, um em relao ao outro, desde a partida at a velocidade mxima.4. Por que cerca de 90% dos motores eltricos so de induo e de gaiola de esquilo ?5. Defina o que escorregamento nos motores de induo.6. Quais as vantagens do motor de induo de rotor bobinado em relao ao de gaiola de esquilo ?7. Como reduzir a corrente de partida de motor de induo:a de rotor bobinado ?11 ENSAIO COM O ROTOR LIVRE DE UM MOTOR DE INDUO TRIFSICO1. OBJETIVOS :1.1. Determinar as perdas no ferro do estator = WFe1.2. Determinar as perdas no cobre do estator = Wenr1.3. Determinar as perdas por atrito + ventilao.1.4. Determinar os parmetros do ramo magnetizante Rm, Xm, Zm.1.5. Visualizar a forma de onda da corrente de magnetizao.2. RELAO DE MATERIAL UTILIZADO :2.1. Motor de induo2.2. Wattmetro2.3. Ampermetros2.4. Voltmetros2.5. Medidor de r p m2.6. Varivolt trifsico3. CARACTERSTICAS DO MOTOR :3.1. Pn =3.2. Vn =3.3. In = 3.4. Rotao = 3.5. Nmero de plos =4. MONTAGEM DA EXPERINCIA :Vide esquema da figura abaixo (Figura 11.1)Figura 11.15. LEVANTAMENTO DOS DADOS DE ENSAIO :5.1. Para um valor inicial de tenso igual a 120% do valor nominal, diminu-la gradativamente at que haja grandes variaes na velocidade.V(V) I0(A) W1(W) W2(W) W=W1+W2rpm5.2. Com um ohmmetro determinar r1(resistncia de uma das fases do estator),observandoseo estatorest em ou Y, corrigindopara 75oC.Figura 11.2Figura 11.3rlido ()r1 ( temperatura ambiente)r1 () 75oCGUIA PARA ANLISE:1. Utilizando os valores obtidos no item 5.1. construir as curvas W0 = f(V) e I0 = f(V).2. A partir das referidas curvas, determinar:Won(W) WA+V(W) Wenr= r1 . Ion2 WFe=W0-W(A+V)-Wenr (W)3. Calcular os parmetros do ramo magnetizante considerando o circuito paralelo.Figura 11.4A menos de um pequeno erroA menos de um pequeno erro = 0 = 002121 1 1 02121 1 1I x r V E I . x r E V + + + V1 tenso nominal do ensaio (valor de fase) = (V)r1resistncia do estator por fase temperatura do funcionamento nominal do motor = () x1 obtido do ensaio com o rotor bloqueado = () I0 corrente de magnetizao (valor de fase) = (A)E1 = Fe21 mW / E R Por faseZm = E1/I02m2mm mmZ . RR . ZX PERGUNTAS:1. Porque no ensaio a vazio no existem perdas no ferro do rotor ?2. Deduzir a expresso para o clculo de Xme Rmse o circuito escolhido para o ramo magnetizante fosse o srie.3. Na curva I0= f (V), qual o motivo do acrscimo da corrente para um decrscimode V, apartirdeumcertovalordatensoparaaqual a rotao cai ?4. BaseandonocircuitoequivalentedoMIT, justificararazodobaixo fator de potncia do mesmo, quando opera vazio.12 -ENSAIO COM O ROTOR BLOQUEADO DE UM MOTOR DE INDUO TRIFSICO1. OBJETIVOS 1.1. Determinar as perdas joule no estator e rotor Wjoule.1.2. Determinar os parmetros do circuito equivalente R1, X1, r2, x1, x2p, r2 ex2.2. RELAO DE MATERIAL 2.1. Motor de induo2.2. Wattmetro2.3. Ampermetros2.4. Voltmetros2.5. Varivolt trifsico3. CARACTERSTICAS DO MOTOR Mesmo motor do ensaio com o rotor livre.4. MONTAGEM DA EXPERINCIA Figura 12.1 Figura 12.15. LEVANTAMENTO DOS DADOS DE ENSAIOS 5.1. Mantendo o rotor bloqueado, aplica-se tenso gradativamente at que circule a corrente nominal e anotar os valores abaixo.Vicc(nom) I1 nom(A) W1(W) W2(W) Wjoule=W1+W25.2. Clculo dos parmetrosFigura 12.2fase / Ifase / WR2n 1joule1 - R1 =fase / Ifase / VZn 1cc 11 - Z1 =2121 1R Z X - X1 =R1()tambZ1()tambX1() R1()75oZ1()75o5.3. Clculo de r2R1 = r1 + r2 r2 = R1 r1 r2 =75oC5.4. Clculo de x1 e x2p2p 211rxrxPropriedade das propores2 11p 2 11 1p 21r rrx xxrrxx + +- 1 11111111 x X .RrxRrXx2p 1 1 p 2 p 2 1 1xx X x x x X + 5.5. Clculo de r2 e x2p S possvel para MIT com rotor em anis.5.5.1. Clculo de E2pAplica-se tenso nominal ao estator, abrindo-se o circuito do rotor.3VElidop 2E2p =Figura 12.35.5.2. Clculo de E102121 1 1I . x r V E + E1 = VV1 tenso nominal (valor de fase)I0 corrente de magnetizaes (valor de fase)5.5.3. Clculo de r2

,_

221p 22 2rEE. r r5.5.4. Clculo de x2p

,_

2p21p 2p 2 p 2 x EE. x x13 MQUINA DE CORRENTE CONTNUA IDENTIFICAO DOS TERMINAISIdentificao dos Terminais de uma Mquina de Corrente Contnua1. OBJETIVO Procedimento prtico para o conhecimento de como identificar os terminais de uma mquina de corrente contnua.2. INTRODUO Se a mquina de corrente contnua possuir uma placa com os bornes terminais, o problema consiste na simples leitura. o caso das mquinas do laboratrio, cuja placa reproduzida a seguir.Figura 13.1Os bornes A e B correspondem aos terminais do circuito de armadura, de onde aplicada e/ou retirada a tenso terminal. Os pontos G e H so terminais dos plos de comutao.Sempre que o gerador/motor estiver operando em carga, B deve-se estar em curto com G, e a carga recebendo alimentao entre A e H. Isto coloca o enrolamento do polo de comutao em srie com a carga para reduo do efeito de reao da armadura. Os bornes E, E1 e F pertencem ao campo srie, que dividida pelo borne E em duas fraes, podendo ser utilizada cada uma delas ou todo o campo. Os bornes restantes so do campo shunt, ou para a mquina funcionar com excitao independente, os bornes CD sero os terminas do campo.Como a mquina do laboratrio possui quatro plos, os terminais CD1 D2D3, D4D5, D6D so as fraes do campo excitados sobre cada polo. Assim, para funcionamento do campo shunt ou do campo independente excitado, os enrolamentos dos plos devem ser ligados em srie, o que se consegue curto-circuitando D1 com D2, D3 com D4 e D5 com D6.A alimentao do campo ento feita pelos terminais C e D.As ligaes so facilitadas pelo uso de plaquetas que se ajustam aos bornes.Se, entretanto, a mquina no possuir uma placa de identificao dos terminais, isto s poder ser feito atravs da determinao dos bornes de cada circuito e da comparao dos valores de resistncia de cada um.Toda a operao pode ser feita com auxlio de um ohmmetro comum e o procedimento para tal justamente o objetivo deste ensaio.PROCEDIMENTO PRTICO PARA A IDENTIFICAO DOS TERMINAIS3.2. Separar os bornes pertencentes a um mesmo circuito, usando para tal o teste de continuidade. Se entre dois bornes a resistncia no for infinita, eles pertencem a um mesmo circuito.3.2. Medir a resistncia de cada circuito, o que apresentar maior resistncia ser o circuito do campo shunt, nestas condies, anotar o valor destas resistncias para a mquina do laboratrio.RSH = 3.3. Levantar as escovas do coletor e verificar qual dos circuitos perde a continuidade , este ser o circuito de armadura, nestas condies, mea a resistncia de armadura da mquina do laboratrio.Ra =3.4. Colocando-se um dos plos do ohmmetro ligado no prprio enrolamento do polo de comutao, verificamos com quais bornes existe a continuidade no circuito, estes bornes sero do polo de comutao, nestas condies, mea a resistncia do polo de comutao da mquina do laboratrio.Rpc = 3.5. Os bornes restantes, por excluso, pertencero ao campo srie, nestas condies, medir a resistncia do campo srie, ou seja:Rs = 3.6. Fazer uma tabela comparativa entre os valores de resistncia dos campos srie, shunt, armadura e plos de comutao.CONCLUSES4.1. Justificar o item 3.24.2. Justificar os itens 3.3, 3.4 e 3.514 MQUINAS DE CORRENTE CONTNUA1. INTRODUO Uma caracterstica destacada da mquina de corrente contnua (MCC) sua versatilidade. Por meio de vrias combinaes de enrolamentos campo srie, derivao e excitao independente, ela pode ter uma ampla variedade de caractersticas tenso-corrente ou velocidade-conjugado, para operao dinmica e em regime permanente.Devido facilidade com que pode ser controlado o motor de CC freqentemente usado em aplicaes que requerem uma ampla faixa de velocidade ou controle preciso da sada do motor.Quando funciona como gerador, embora o objetivo seja a gerao detensocontnua,evidentequeumatensodevelocidadegeradaem umabobinadaarmaduraumatensoalternada. Aformadeonda alternada precisa portanto se retificada. A retificao mecnica provida pelocomutador, queumcilindroformadodelminadecobreisoladas entre si e montadas sobre o eixo do rotor.Se corrente contnua circular pelo circuito externo ligado s escovas, ser criado um conjugado pela interao dos campos magnticos do estator e rotor. Se a mquina estiver agindo como gerador, este conjugado eletromagntico gira na direo de rotao.Oenrolamentodearmadurade umaMCCestnorotor ea corrente conduzida ao enrolamento por meio de escovas. O enrolamento de campo so os seguintes.Os dois tipos bsicos deenrolamentodorotor (armadura) da MCC so os seguintes:AImbricado ouParalelo Aaparncia de folhas superpostas. Caracteriza-se eletricamente pelaligaodos extremos de umamesma bobina lmina do comutador prximas entre si.O nmero de escovas nas mquinas com enrolamento imbricado deve ser obrigatoriamente igual ao nmero de plos.Os enrolamentos imbricados so normalmente usados em mquinas de altas correntes.Figura 14.1 Figura 14.1BOnduladoouSrie Aaparnciadeumaonda. Caracteriza-se eletricamente pela ligao dos extremos de uma mesma bobina a lminas distanciadas de aproximadamente 2 passos polares medidos em lminas do comutador.Passo polar em lminas do comutador + (No de lminas)/(P)O nmero de escovas nas mquinas com enrolamento ondulado pode ser menor que o nmero de plos. O nmero mnimo de escovas 2. Em mquinas que impossvel a colocao de um nmero de escovas igual ao nmero de plos o enrolamento ondulado obrigatrio.Osenrolamentosonduladossonormalmenteemmquinasde baixas correntes.Figura 14.2 Figura 14.2Funcionamento FuncionamentoAMCC uma mquina eltrica girante capaz de converter energia mecnica emenergia eltrica (gerador) ouenergia eltrica em energia mecnica (motor). Para o gerador, a rotao suprida por uma mquina primria (fonte de energia mecnica) para produzir o movimento relativoentreoscondutoreseocampomagnticodaMCC, paragerar energia eltrica. Para o motor, a energia eltrica suprida aos condutores e aocampomagnticodaMCC, afimdeproduzir omovimentorelativo entre eles e, assim, obter energia mecnica.Em ambos os casos ns temos movimento relativo entre um campo magntico e os condutores na MCC.Funcionamento do Comutador Funcionamento do ComutadorO propsito do comutador e suas lminas associadas :1. No caso de cada gerador, mudar a corrente alternada gerada para corrente contnua externa.2. No caso de um motor, mudar a corrente contnua externa aplicada em corrente alternada, medida que os condutores se movem alternativamentesobplosopostos(paraproduzirrotaonomesmo sentido).3. Permitir a transferncia de corrente entre uma armadura mvel e escovas estacionrias.Tipos de Geradores CC Tipos de Geradores CCOs geradores classificam-se quanto ao tipo de excitao em:A) Geradores de excitao separada ou independente.B) Geradores de excitao prpria ou auto-excitado.Geradoresdeexcitaoseparadasoaquelesemqueocampo (ou indutor) alimentado por uma fonte de corrente contnua externa.Quando o indutor alimentado pela prpria corrente gerada na mquina, o gerador chamado de excitao prpria ou auto excitado. Os geradores auto-excitados podem ser classificados em:A) Gerador de excitao em derivao (Shunt)B) Gerador de excitao srieC) Gerador de excitao compostaMotores de Corrente Contnua Motores de Corrente ContnuaQualquer dos mtodos de excitao empregados para geradores pode tambm ser utilizado para motores. As caractersticas tpicas de regulaodevelocidadeemregimepermanentesomostradasnafigura abaixo, na qual se supe que os terminais do motor so alimentados por uma fonte de tenso constante.Figura 14.3 Figura 14.3Uma destacada vantagem do motor derivao a facilidade de controle de velocidade.Com um reostato no circuito de campo em derivao, a corrente de campo e o fluxo por plo podem ser variados vontade. Uma faixa mxima de velocidade de cerca de 4 a 5 para 1 pode ser obtida por este mtodo, com a liberao imposta pelas condiesde comutao.No motor srie, cada aumento na carga acompanhada por um aumentocorrespondentenacorrenteefmmdearmaduraenofluxode campo do estator (desde que o ferro no esteja completamente saturado). Se uma carga mecnica relativamente pequena aplicada aoeixo da armadura de ummotor srie, a corrente de armaduraIA pequena resultandonuma elevada velocidade nousual.Poresta razoo motor srie nunca deve operar vazio.Nomotorcomposto, ocamposriepodeseraditivo, demodo quesuafmmseadicionaqueladocampoderivao; ousubtrativode modo que ela se ope. A ligao subtrativa raramente usada. Um motor composto aditivo tem uma caracterstica de velocidade-carga intermediria entre as do motor derivao e do motor srie.Dispositivo de Partida para Motores de Corrente Contnua Dispositivo de Partida para Motores de Corrente ContnuaA fcem no instante da partida nula, pois esta proporcional velocidade que zero na partida. Assim a corrente de partida limitada apenas pela resistncia da armadura e pela queda de tenso nos contatos das escovas:I = (Va - V)/Ra,onde:I = corrente de partidaVa = tenso de partidaV = queda nas escovasRa = resistncia da armaduraO resultado uma elevada corrente de partida. O que se requer ento, um dispositivo cujo propsito limitar a corrente durante o perodo de partida e cuja resistncia pode ser progressivamente reduzida medida que o motor adquire velocidade, usualmente um reostato contnuo ou com tapes.A maneira pela qual o dispositivo de partida usado junto com ostrstiposbsicosdemquinasdeCC, empregadoscomomotores mostrada na figura abaixo.(a) Dispositivo de partida de motor-shunt.(b) Dispositivo de partida de motor-srie.(c) Dispositivo de partida de motor composto.Figura 14.4 Conexes esquemticas de dispositivos de partida de Figura 14.4 Conexes esquemticas de dispositivos de partida demotores shunt, srie e compostos. motores shunt, srie e compostos.Operaes Operaes: Identificar a mquina de CC e dar a partida utilizando-se de : Identificar a mquina de CC e dar a partida utilizando-se depelo menos duas opes de campo de excitao. pelo menos duas opes de campo de excitao.1. Dar partida ao motor observando-se que:a) O reostado de campo de estar na posio de mnima resistnciab) Aresistncia doreostatode partida Ddeve estar toda inserida no circuito no incio da partida e deve ser gradualmente retirada do circuito medida que o motor adquire velocidade.2. Ligar o geradora) Colocar o reostato de campo do gerador na posio de mxima resistncia.b) Atuar no reostato de campo do gerador at que se obtenha a tenso nominal.3) Leiturasa) Atuar no reostato de campo do motor para variar a velocidade.b) Para cada velocidade fazer a leitura de E correspondente ao voltmetro V.Segunda Parte: Medida da Resistncia dos Enrolamentos da MCCA) Campo Paralelo (RP)Alimente os terminais do campo paralelo (F1 e F2) com CC (Imx =2A) eregistreovalor datensolidanosterminais, conformefigura abaixo:Figura 14.5 Figura 14.5Faa 3 leituras de tenso e corrente e encontre a mdia para a determinao de RP.B) Campo Srie (RS)Alimente os terminais do campo srie (S1. S2) com CC (Imx= 10A) eregistreovalor datensolidanosterminaisconformeafigura abaixo:Figura 14.6 Figura 14.6Faa 3 leituras de tenso e corrente e encontre a mdia para a determinao de RS.C) Armadura (RA)Alimente os terminais da armadura (A1 . A2) com CC (Imx = 10A) e registre o valor da tenso lida nos terminais conforme a figura abaixo:Figura 14.7 Figura 14.7Faa3 leituras de tenso e corrente e encontre a mdia para a determinao de RA.QUESTIONRIO QUESTIONRIO1. Porque o enrolamento de armadura da MCC se localiza no rotor ?2. Explique o funcionamento da MCC.3. Descreva a comutao, detalhando cada etapa do processo.4. Por que o motor srie no pode partir vazio ?5. Que fatores levam escolha de um motor CC ( e no de um motor de induo, por exemplo) para determinado acionamento ?6. possvel aumentar a velocidade domotor CCcomcontrole pela armadura ? Explique .7. Por querecomendvel aretiradadodispositivodepartidaaps a entrada do motor em regime permanente ?8. Comopossvel aobtenodetensocontnuaapartir dacorrente alternada gerada na armadura em um gerador CC ?BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIAFITZGERALD, A.E.; KINGSLEY, C. Jr.; KUSKO, A. Mquinas Eltricas, So Paulo, McGraw-Hill do Brasil, 1975.KOSOW, I.L. Mquinas Eltricas e Transformadores, Porto Alegre, Editora Globo, 1979.Catlogo WEG Aplicao e Seleo de motores de corrente contnua.Mquinas Eltricas Guia de aulas prticas UFMG.15 MQUINAS SNCRONAS1. INTRODUO Em uma mquina sncrona com raras excees, o enrolamento de armaduraestnoestator, eoenrolamentodecampoestnorotor. O enrolamento de campo excitado por corrente contnua, levada at ele por meio de escovas de carvo, apoiadas sobre anis coletores. Usualmente, os fatores estruturais ditam esta orientao; vantajoso ter o enrolamento do campo, de baixa potncia, sobre o rotor. uma mquina de corrente alternada, cuja velocidade em condies de regime permanente proporcional freqncia da corrente na armadura. velocidade sncrona, o campo magntico girante, criado pelas correntes da armadura caminha mesma velocidade que o campo criado pela corrente de campo, e resulta um conjugado constante. A freqncia em ciclos por segundo (Hertz) igual velocidade do rotor em rotaes por segundo; isto , a freqncia eltrica esta sincronizada coma velocidademecnica, eestaarazoparaadesignaodeMQUINA SNCRONA.Quando uma mquina tem maisdeque 2 plos, conveniente concentraraatenosobreumnicopardeplos, ereconhecerqueas condieseltricas, magnticasemecnicasassociadasaqualqueroutro par de plos so repeties daquelas para o par em considerao. Por esta razo, conveniente expressar ngulos emgraus eltricos ouradianos eltricos em lugar de unidades mecnicas:m2Pe onde:e= ngulo em unidades eltricasm = ngulo mecnicoP= nmero de plosAtensodebobinadeumamquinadePplospassaporum ciclo completo toda vez que um par de plos passa por ela, ou P/2 vezes cada rotao. A freqncia da onda de tenso , portanto,;60n 2Pf n= velocidade mecnica em rpmn/60 = velocidade em rotao por segundoA freqncia angular W da onda de tenso :Wm2PW onde: Wm = velocidade mecnica em radianos por segundo.Osrotoresdeumamquinasncronadeplosgirantes, podem ser:a) De plos salientesb) De plos lisos ou cilndricos.Uma construo de plos salientes caracterstica de geradores hidreltricos porque as turbinas hidrulicas funcionamcomvelocidade relativamente baixas, e umnmero relativamente grande de plos necessriopara produzir a freqncia desejada; a construo de plos salientes adapta-se mais, mecanicamente, a esta situao.As turbinas a vapor e as turbinas a gs, por outro lado, funcionam melhorcomvelocidadesrelativamentealtas, eosalternadoresacionados por turbinas, ou turbogeradores, so comumente mquinas de 2 ou 4 plos com rotor cilndrico.GERADORES SNCRONOS E MOTORES SNCRONOS GERADORES SNCRONOS E MOTORES SNCRONOSCompoucas excees, os geradores sncronos so mquinas trifsicas, devidosvantagensdossistemastrifsicosparaagerao, a transmisso e a utilizao de grandes potncias.Quando um gerador sncrono supre potncia eltrica a uma carga, a corrente na armadura cria uma onda de fluxo no entreferro, que gira velocidade sncrona. Este fluxo reage com o fluxo criado pela corrente de campo e resulta da um conjugado eletromagntico, devido tendncia dos dois campos magnticos se alinharem. Em um gerador, este conjugado se ope rotao, e a mquina motriz deve aplicar conjugado mecnico a fim de sustentar a rotao.Correspondente ao gerador sncrono, temos o motor sncrono.A corrente alternada fornecida ao enrolamento de armadura, (usualmente o estator)eaexcitaodecorrentecontnuasupridaaoenrolamentode campo (usualmente o rotor). Ocampo magntico das correntes de armadura gira velocidade sncrona. Para produzir umconjugado eletromagntico permanente, os campos magnticos do estator e rotor precisam ser constantes em amplitude e estacionrios com respeito um ao outro. Emummotor sncrono, avelocidadederegimepermanente determinada pelo nmero de plos e a freqncia da corrente de armadura. Assim, um motor sncrono alimentado por uma fonte de CA de freqncia constante precisa girar a uma velocidade constante em regime permanente.Em um motor,o conjugado eletromagntico est na direo de rotaoe equilibra oconjugadooponente exigidopara mover a carga mecnica.MQUINAS SNCRONAS EM PARALELO MQUINAS SNCRONAS EM PARALELOAlternador: um gerador sncrono de corrente alternada que por induo eletromagntica transforma a energia mecnica em eltrica, sob a forma de corrente alternada, cuja freqncia para uma dada mquina, depende exclusivamente da rotao.VANTAGENS DA LIGAO DOS ALTERNADORES EM PARALELO VANTAGENS DA LIGAO DOS ALTERNADORES EM PARALELO1. Vrias unidades pequenas permitem um servio mais flexvel que uma nica unidade, pois se uma unidade ficar, eventualmente, fora de servio, no se obrigado a interromper todo o fornecimento de energia.2. As unidades podem ser ligadas ou desligadas medida que aumenta ou diminui a solicitao. Assim todas as mquinas trabalharo prximo plena carga, o que aumenta o rendimento da operao.3. A central geradora sendo constituda de mais de uma unidade, torna-se possvel a manuteno preventiva e de emergncia sem grande perturbao no sistema. A perturbao ser tanto menor quanto maior for o nmero de unidades.4. A medida que a demanda do sistema aumenta, novas unidades podem ser instaladas nas centrais, segundo etapas de construo previstas.CONDIES PARA A LIGAO EM PARALELO CONDIES PARA A LIGAO EM PARALELOAscondiesquedevemserverificadasparaaassociaodos alternadores em paralelo so:1. A igualdade de tenses verificada por meio de voltmetros.2. A igualdade de freqncias verificada por meio de frequencmetros.3. Para verificar se as seqncias das fases esto na mesma ordem poderemos adotar um dos seguintes processos:a Por meio de lmpadas: ligam-se trs lmpadas L1, L2 e L3 como indica a figura. Figura 15.1- Verificao da seqncia de fases por meio de lmpadas.Depoisdelevarastensesaomesmovaloreasfreqnciasa valores iguais ou prximos (velocidade de regime), as trs lmpadas devem se acender e apagar ao mesmo tempo. Se as fases esto ligadas incorretamente, aslmpadasseapagameacendemdesencontradamente; nestecasonecessriotrocar aligaodeduasfasesdoalternador ao barramento.b Por meio de um motor trifsico: Alimenta-se o motor com um alternador e depois com outro. Se o sentido de rotao for o mesmo, as fases esto na mesma ordem; se no for, deve-se trocar a ligao de duas fases de um dos alternadores com o barramento.c Por meio de um indicador de seqncia de fase.4. Paraverificarsehconcordnciadefases, poderemosadotarumdos seguintes processos:a) Por meio de lmpadas , (figura 15.2 e 15.3)Figura 15.2 Indicador de concordncia de fases empregando duas lmpadas;a) lmpadas apagadas; b) lmpadas acesas.Ligam-se duas lmpadas entre fases idnticas (figura 15.2a) ou entre fases diferentes (figura 15.2b). No primeiro caso faz-se a associao no momento em que as lmpadas esto apagadas; no segundo caso, quando acendem com o mximo brilho.Este ltimo tem o inconveniente de no sepoderprecisaromomentoexatodaconcordnciadefases, devidoao ofuscamento.Em vez de indicador monofsico, pode empregar-se o indicador tipo fogo girante, que se compes de trs lmpadas.A lmpada L1 ligada entre duas fases idnticas e as outras duas L2e L3so ligadas entre fases diferentes.Estaslmpadasapagameacendemumaapsaoutra, dandoa impressode umaluz girante. Quandoas mquinas estolonge do sincronismo, as lmpadas acendem e apagam com grande rapidez; ento necessrioregular avelocidadedoalternador aassociar, atsenotar a maior lentido possvel no acender e no apagador das lmpadas. A associao deve ser feita no momento em que a lmpada L1 apagar.Figura 15.3 Indicador de concordncia de fase tipo fogo girante (com 3 lmpadas).b) Por meio do sincroscpio : Aparelho que indica o momento exato de oposies de fases bem como a igualdade de freqncias.5. A verificao da semelhana das ondas de tenso feita por meio de um osciloscpio.MTODOS DE PARTIDA MTODOS DE PARTIDAOs motores sncronos monofsicos no partem por si s, assim como os trifsicos o que resulta ser necessrio um rgo auxiliar de partida para os motores sncronosSEQNCIA DE OPERAES PARA A PARTIDA SEQNCIA DE OPERAES PARA A PARTIDA1. Curto-circuita-se o campo do motor sncrono com uma resistncia, afim de reduzir o valor da tenso induzida.2. Pe-se o motor sncrono a girar por um dos mtodos abaixo3. Quando umrotor atingir a velocidade de sincronismo, retira-se a resistnciadocampo, estabelece-seacorrentecontnuanoindutor e retira-se a mquina auxiliar.O motor sncrono no tem conjugado de partida. Assim o motor deve se acionado at a velocidade sncrona.H dois mtodos H dois mtodos1. Por um motor auxiliar, acoplado ao eixo do motor sncrono que o aciona a velocidade sncrona e a sincronizado com a rede. Para isto o motor sncrono no deve ter carga na partida, seno o motor auxiliar teria que ter uma potncia elevada.2. Usando um enrolamento amortecedor que funciona como enrolamento emgaiola. Omotor sncronoparte comose fosse ummotor de induo. Por esseprocessoeleatingeumavelocidadeprximada sncrona (8 a 99%). Se ento aplicarmos corrente no campo ele entrar em sincronismo.GERADOR SNCRONO GERADOR SNCRONO1. Objetivo : Analisar o princpio de funcionamento de umgerador sncrono e de um motor sncrono.2. Procedimento : Execuo do Ensaio Montar o esquema da figura abaixoFigura 15.4Paraumarotaoigual velocidadesncronaafreqnciada ondadetensoinduzidaserde60Hz. Excitandoadequadamenteo alternador, teremos uma tensoinduzida de mduloe freqncia bem definidos.Anlise Anlise1. Varie a velocidade da MCC (atravs do reostato de campo) e observe a freqncia da onda de tenso.2. Varie a excitao do GS e observe o que acontece.3. Justifique as variaes obtidas.3. Material Utilizado 1 mquina sncrona 1 mquina de corrente contnua e seus acessrios 1 medidor de rpm 1 voltmetro 1 freqencmetro Fonte DC para excitao da mquina sncrona4. Bibliografia FITZGERALD, A.E., KINGSLEY, Jr. Mquinas Eltricas, So Paulo, McGraw-Hill do Brasil, 1975.MARQUES, Prof. Ndio Lopes Mquinas Eltricas e Transformadores, Escola Nacional de Engenharia da Universidade do Brasil Servio de Publicaes, 1965.SEPULVEDA, Prof. Hugo Luiz Mquinas Eltricas, UFMG BH MG, Edies Engenharia, 1969.5. Questes 1. Porque o enrolamento de campo de uma mquina sncrona geralmente no rotor ?2. Porque a mquina sncrona largamente utilizada como gerador e tem um emprego relativamente baixo como motor ?3. Quais as diferenas entreumrotor deplos lisos erotor de plos salientes? Porque os rotores de geradores hidreltricos geralmente so de plos salientes ?4. Quaissoasvantagensdofuncionamentodegeradoressncronosem paralelo ?5. O que e para que se usa enrolamento amortecedor na fase dos plos das mquinas sncronas ?6. Explicar porque nas mquinas sncronas os campos do estator e do rotor so estacionrios um em relao ao outro.7. O que limite de estabilidade da mquina sncrona. Como se pode verificar, praticamente, este limite funcionando a mquina como gerador e como motor.8. De quais maneiras possvel aumentar o limite de estabilidade de uma mquina sncrona.16 MOTORES MONOFSICOSA INTRODUOUma grande aplicao para a converso eletromecnica de energia, diz respeito aos motores de corrente alternada de pequena potncia. So motores cuja potncia especificada em frao de cavalo-vapor, que fornecem energia para todos os tipos de equipamentos na casa, escritrio, fbricas, etc. Somotoresprojetadosparaumaaplicao especfica e utilizados, normalmente, em linhas monofsicas.Embora de construo relativamente simples so consideravelmentemaisdifceisdeanalisardoqueosmotorestrifsicos maiores. s vezes o seu projeto desenvolvido a partir da construo e ensaio de motores prottipos, at conseguir o desempenho desejado. Programas de projeto por computador tem o objetivo de realizar, no papel, projetos mais exatosreduzindoaquantidadedetentativas paraobter o desempenho desejado.Um motor monofsico de induo estruturalmente igual a um motor polifsico, apenas possui um nico enrolamento indutor.B PRINCPIO DO MOTOR MONOFSICOLiguemosaumafontemonofsicaduasbobinasmontadasem srie, como indica a figura 16.1. Entre estas duas bobinas, coloquemos umrotor dotipogaioladeesquilo. Constatamos queelepermanece imvel. Se giramos o rotor em um sentido, ou no outro, ele continua a girar (Aplicao da Lei de Lenz). Podemos concluir que o motor monofsico no parte sozinho mas gira no sentido em que se d a primeira rotao do rotor. Na prtica estes motores se chamam motores assncronos monofsicos, de fase auxiliar.Eles so fabricados para potncias inferiores a 1 HP. So robustos, de baixo rendimento, e no suportam sobrecargas.Figura 16.1 Figura 16.1B.1 Motor Assncrono Monofsico com Condensador B.1 Motor Assncrono Monofsico com CondensadorRetomemos nosso pequeno motor e disponhamos em cruz com as bobinas 1 e 2, duas outras bobinas 3 e 4, comumcondensador e alimentadas em paralelo com as bobinas 1 e 2. Constatamos que o motor parte e sempre em um sentido.Podemos interromper o circuito das bobinas 3 e 4 e o motor continua a girar.Figura 16.2 Figura 16.2Porque o motor parte sozinho ?O condensador defasa a corrente adiantando-o sobre a tenso no circuitodasbobinas3e4, por conseguinte, oscamposmagnticosdas bobinas 1 e 2 e as duas bobinas 3 e 4 ficam defasados de 1/4 de perodo, um em relao ao outro.Estes dois campos magnticos se compem e sua resultante produz umcampo girante. No rotor aparecemcorrentes induzidas e este passa a ser arrastado pelo campo do estator.As bobinas 1 e 2 se chamam fase principal. As bobinas 3 e 4 se chamam fase auxiliar.B.2 Na prtica o estator bobinado como o de um motor trifsicoDuas bobinas so ligadas em srie com o circuito da fase auxiliar e, quando o motor atinge sua velocidade normal, elas so eliminadas por um interruptor normal, ou por um interruptor centrfugo, para um motor de 1/2 HP 110 volts,a capacidade de condensador de 130 microfarads aproximadamente.Figura 16.3 Figura 16.3B.3 Os motores monofsicos de potncia compreendida entre 10 a 15 HP, so munidos de 2 condensadores.Um serve para a partida e o outro permanece no circuito da fase auxiliar, durante o funcionamento normal. O sentido de rotao pode ser invertido, trocando-se as conexes da bobina auxiliar com as bobinas de trabalho.Figura 16.4 Figura 16.4B.4 Motor Monofsico com ColetorEstes so tambmchamados universais, por que funcionam igualmente sob corrente alternada ou corrente contnua, desde que a tenso de alimentao seja a mesma. Podem atingir grande velocidade (de 3.000 a7.000rotaesporminuto), masseurendimentopssimo. Elesso construdos para pequenas potncias. (Fraes de HP). So utilizados para equipar aparelhos eletrodomsticos, pequemos ventiladores, aspiradores de p, secadores de cabelos, etc...C MOTORES MONOFSICOS PARTIDAComo j foi dito os motores monofsicos no partem por si s, umavezqueocampoproduzidopor umasfasenogirante. necessrio portanto um dispositivo auxiliar para a partida.Umdos mtodosusadosparaseobter um campo girante,com uma s fase, acha-se representado na figura 16.5.Figura 16.5 Figura 16.5Omotor enrolado emforma bifsica sendo que os dois enrolamentos apresentam caractersticas diferentes, de resistncia e reatncia.Na prtica, faz-se umenrolamento comfio grosso (fio B enrolamento principal), e o outro com fio (fio A enrolamento auxiliar ou de partida). Devidos diferentes relaes de resistncia e reatncia dos enrolamentos, as correntes que nele circulamestarodefasadas de um ngulo M. Ia pode ser decomposta em duas componentes, figura 16.6. Ia sem M em avano de 90osobre Ibe IacosM em fase com Ib. Quando as correntes nas duas bobinas A e B esto em fase, elas produzem um campo resultante alternativo que no gira e, portanto no produz nenhum conjugado de partida. Em conseqncia, a combinao de Ia.cosM e Ib, no produz conjugado. Portanto o conjugado de partida devido a Ia senM e Ib atuando conjuntamente.Figura 16.6 Figura 16.6Depoisdorotor ter atingidoavelocidadederegimepodemos desligar ocampoauxiliar, que omotor continuar emfuncionamento, devido a seguinte razo:Quando uma corrente alternada circula no enrolamento B, produz-seumfluxoalternativoqueequivaleadoiscamposmagnticos girantes x e y que tm a mesma intensidade e giram em sentidos opostos com a mesma velocidade.( Teorema de Maurice Leblanc).Suponhamos o motor girando no sentido dexcoma velocidade n = (1s)ns. A freqncia da correnteinduzida porxser ento:f' = p(ns n)onde:ns n velocidade com que as barras cortam o campo nx.Ento,s . fn) n n (p n ) n n ( p fss s Como o valor des muito pequeno, a freqncia muito pequena e a reatncia oferecida a essa corrente ser x = 2fL, que tem um valor baixo devido ao baixo valor de f.Asbarrascortaroocampohycomavelocidadens+n.A freqncia da corrente induzida por y ser:f" = p(ns + n)Como n muito pouco menor que ns podemos tomar n = ns o que d:f" = 2Pns = 2f.Sendo a freqncia dessa corrente igual ao dobro da freqncia f, a reatncia oferecida ser:X = 2 f L = 4 fL, que tem um valor elevado.Ento, omotor ficariasujeitoadoistorques: umTxdevidoa corrente Ix e outro Tg, atuando em sentido contrrio. Como a reatncia X muitopequenaeareatnciaXmuitogrande, ofatordepotnciada corrente Txsergrandeeofatordepotnciade Tysermuitopequeno. Portanto, otorqueTxterumvalor aprecivel eotorqueTyumvalor desprezvel. Nestas condies o rotor gira no sentido do torque Tx, devido ao campo hx.C.1 Aumento do Conjugado de PartidaPode-se obter melhores condies de partida intercalando-se uma resistncia, reatncia ou capacitncia em srie com o enrolamento auxiliar. Obtm-se assim um ngulo de defasamento maior entre as correntes Ib e Ia, ao que corresponde um aumento do conjugado de partida.C.2 Motores de Induo com Condensador de PartidaNa prtica prefere-se usar umcondensador emsrie como enrolamento de partida, pois comcondensador pode-se obter maior defasamento que com resistncia ou reatncia.O ngulo de fase entre Ia e Ib depende do valor da capacitncia e podeser feitopraticamenteigual a90onapartida. Quandoomotor aumenta de velocidade, variam as correntes no rotor e no estator e o ngulo M. Para se manter M igual a 90o seria necessrio diminuir continuamente acapacitncia. Isto, entretanto, nonecessrio, vistoquecomum capacitoradequadoconsegue-seconjugadoigual acercade3,5vezeso conjugado de plena carga, para velocidades entre 0 e 70% da velocidade de sincronismo. Quando o rotor atinge aproximadamente 75%desta velocidade um dispositivo centrifugo desliga o enrolamento auxiliar. O motor passa ento a trabalhar como foi explicado anteriormente.Figura 16.7 Figura 16.7H duas razes para se desligar o condensador quando o motor adquire velocidade.1. Acapacitnciaquepermiteconjugadomximonapartidamuitas vezes maior do que a que permite mximo conjugado em carga: como exemplo, um motor de 1/2HP, 110 volts, necessita de um capacitor de 230-280 F para um elevado conjugado de partida. O mesmo motor, para funcionamento normal como bifsico, necessita de um capacitor de apenas 15 F.2. Desligando-se o condensador logo depois da partida pode-se usar dois condensadores eletrolticos ligados em oposio o que mais econmico do que usar outro tipo de condensador.A caracterstica principal do condensador eletroltico que para uma polaridade da corrente ele funciona como condensador e para a outra polaridadefuncionacomoresistncia.Assim, osdoiscondensadores ligados em oposio funcionam de maneira que num semi-ciclo da corrente um deles condensador e o outro resistncia, e no outro semi-ciclo inverte-se o processo. Devido a essa caracterstica de funcionamento o condensador eletroltico tem altas perdas.Ento, caso fique ligado muito tempo,eleseaqueceexageradamente, produzindogasesedestruindo-se. O condensador eletroltico portanto, s serve para funcionamento intermitente durante pequenos espaos de tempo, normalmente de um minuto.C.3 Motores de Induo com Compensador de Partida e Condensador de MachaNeste tipo de motor, o enrolamento auxiliar nunca, desligado da linha, e o motor funciona sempre como bifsico. Porm, a capacitncia do enrolamento auxiliar proporcionada por dois condensadores em paralelo, um de grande capacitncia e o outro de pequena. Ao atingir a velocidade que aproximadamente 75% da de sincronismo, um dispositivo centrfugo desliga o condensador maior.Para o funcionamento ideal seria necessrio uma reduo contnua da capacitncia, quando a velocidade varia de zero de plena carga porm uma variao da capacitncia em duas etapas d bons resultados. O motor com condensador de marcha tem um rendimento e um conjugado motor crtico mais elevados que o motor que utiliza a fase dividida somente para a partida, e seu fator de potncia aproximadamente 100%.C.4 Motores com Condensadores PermanenteNas aplicaes em que o motor parte com uma carga praticamente nula, possvel evitar a despesa com o interruptor centrfugo eumdoscondensadoresdomotoranteriormenteligadoemsriecomo enrolamento auxiliar, e temuma c