Geradores e motores eléctricos

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Índice
Introdução ........................................................................................................................................... 2
Geradores e motores eléctricos ........................................................................................................... 3
Tipos de geradores eléctricos .............................................................................................................. 3
As potências e o rendimento eléctrico de um gerador ......................................................................... 4
Rendimento eléctrico de um gerador ................................................................................................... 5
Equação de gerador num circuito aberto ............................................................................................. 5
Função de um gerador ......................................................................................................................... 5
Motores eléctricos ............................................................................................................................... 6
Funcionamento de um motor eléctrico ............................................................................................... 6
Tipos de motores ................................................................................................................................ 6
Tipos de motores de indução ............................................................................................................... 7
Aplicações de motores monofásicos .................................................................................................. 11
Aplicação de um motor trifásico ....................................................................................................... 13
Rendimento de um motor eléctrico ................................................................................................... 13
Conclusão ......................................................................................................................................... 14
Bibliografia ...................................................................................................................................... 15
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Introdução
A energia eléctrica e outras formas de energia, tem sido e são alavancas de auxílio para facilitar
muitas das actividades que o homem tem pretendido ou pretende realizar. Para tal efeito, muitos
dos seus trabalhos envolvem o uso de pequenas, medias e ou grandes máquinas.
Sendo assim, o presente trabalho que tem como tema geradores e motores eléctricos, tem como
objectivo explicar geradores eléctricos, o seu funcionamento, motores eléctricos e tipos de
motores eléctricos e suas aplicações.
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GERADORES E MOTORES ELÉCTRICOS
1. Geradores de Corrente Eléctrica
O ano de 1886 pode ser considerado, como o ano de nascimento da máquina eléctrica, pois foi
neste ano que o cientista alemão Werner Von Siemens inventou o primeiro gerador de corrente
continua auto-induzido.
Gerador eléctrico é um dispositivo utilizado para a conversão da energia mecânica, química ou
outra forma de energia em energia eléctrica.
A corrente sempre existe enquanto há diferença de potencial entre dois corpos ligados, por um
condutor, por exemplo, mas esta tem pequena duração quando estes corpos são electrizados
pelos métodos vistos em electrostática, pois entram rapidamente em equilíbrio.
A forma encontrada para que haja uma diferença de potencial mais duradoura é a criação de
geradores eléctricos, que são construídos de modo que haja tensão por um intervalo maior de
tempo.
Existem diversos tipos de geradores eléctricos, que são caracterizados por seu princípio de
funcionamento.
Funcionamento de um gerador eléctrico
O funcionamento dessas máquinas se baseia ou em fenómenos electrostáticos, ou na indução
electromagnética. Nas aplicações industriais a energia eléctrica provém quase exclusivamente de
geradores mecânicos cujo princípio é o fenómeno da indução electromagnética; os geradores
mecânicos de corrente alternante são também denominados alternadores; os geradores mecânicos
de corrente contínua são também denominados dínamos. Vale, desde já, notar que: "dínamo" de
bicicleta não é dínamo e sim alternador'.
Numa máquina eléctrica (seja gerador ou motor), distinguem-se essencialmente duas partes, a
saber: o estator, conjunto de órgãos ligados rigidamente à carcaça e o rotor, sistema rígido que
gira em torno de um eixo apoiado em mancais fixos na carcaça. Sob ponto dê vista funcional
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distinguem-se o indutor, que produz o campo magnético, e o induzido que engendra a corrente
induzida.
No dínamo o rotor é o induzido e o estator é o indutor; no alternador dá-se geralmente o
contrario.
A corrente induzida produz campo magnético que, em acordo com a Lei de Lenz, exerce forças
contrárias à rotação do rotor; por isso em dínamos e alternadores, o rotor precisa ser accionado
mecanicamente. O mesmo conclui-se do Princípio de Conservação da Energia: a energia
eléctrica extraída da máquina, acrescida de eventuais perdas, é compensada por suprimento de
energia mecânica.
1.1 Tipos de geradores eléctricos
· Geradores luminosos
São sistemas de geração de energia construídos de modo a transformar energia luminosa em
energia eléctrica, como por exemplo, as placas solares feitas de um composto de silício que
converte a energia luminosa do sol em energia eléctrica.
· Geradores mecânicos
São os geradores mais comuns e com maior capacidade de criação de energia. Transformam
energia mecânica em energia eléctrica, principalmente através de magnetismo. É o caso dos
geradores encontrados em usinas hidroeléctricas, termoeléctricas e termonucleares.
· Geradores químicos
São construídos de forma capaz de converter energia potencial química em energia eléctrica
(contínua apenas). Este tipo de gerador é muito encontrado como baterias e pilhas.
· Geradores térmicos
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São aqueles capazes de converter energia térmica em energia eléctrica, directamente. Quando
associados dois, ou mais geradores como pilhas, por exemplo, a tensão e a corrente se
comportam da mesma forma como nas associações de resistores.
1.2 As potências e o rendimento eléctrico de um gerador
Um gerador eléctrico possui dois terminais denominados pólos: um pólo negativo,
correspondendo ao terminal de potencial eléctrico menor, e um pólo positivo, correspondendo ao
terminal de potencial eléctrico maior.
Considerando o sentido convencional da corrente eléctrica (movimento das cargas positivas), o
fornecimento da energia (química, mecânica) causará o movimento dessas cargas pólo negativo
para o pólo positivo, elevando, assim, a energia potencial das cargas.
Verifica-se experimentalmente que:

A potência eléctrica total gerada (
) por um gerador é directamente proporcional a
intensidade da corrente eléctrica que o atravessa.
Isto significa que =      × I onde:      é a constante de proporcionalidade chamada forca
electromotriz (f.e.m) de gerador e I a intensidade da corrente eléctrica. Desta maneira a força
electromotriz de um gerador pode ser definida pela fórmula:
     =


· Potencia eléctrica lançada
Como visto, a potencial eléctrica total gerada pelo gerador é  =      × I
A potência eléctrica lançada no circuito externo, isto é, a potência eléctrica fornecida pelo
gerador pelo circuito é:

 = U× I, em que U =  - é a tensão em entre os pólos do gerador.
A potencia eléctrica dissipada internamente é  = r× I2
Com base no principio de conservação de energia, podemos concluir que:
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=
  +
1.3 Rendimento eléctrico de um gerador
O rendimento eléctrico (ƞ) do gerador é o quociente da potência eléctrica lançada no circuito
pela potência total lançada

1.4 Equação de gerador num circuito aberto
     I = UI+rI2 então      = U+ ri então U = –ri, esta é denominada equação de gerador.
Um gerador está em circuito aberto quando não há percurso fechado para as cargas eléctricas.
Neste caso não se estabelece corrente eléctrica (I=0) e, segundo a equação de gerador,
concluímos que a ddp nos seus terminais é igual a sua f.e.m:
U= 1.5

Função de um gerador
Um gerador tem por função receber as cargas que constituem a corrente eléctrica em seus
potenciais mais baixos (pólo negativo) e entrega-las em seus potenciais mais altos (pólo
positivo), fornecendo energia eléctrica ao circuito. O gerador apresenta duas constantes
características, independentes do circuito as quais estiver ligado: a forca electromotriz (fem
medida em volt) e a resistência interna (em ohm)
2. Motores Eléctricos
Motor eléctrico é a máquina destinada a transformar energia eléctrica em energia mecânica. O
motor de indução é o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da
utilização de energia eléctrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de
comando - com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às
cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos.

2.1 Funcionamento de um motor eléctrico
A maioria de motores eléctricos trabalham pela interacção entre campos electromagnéticos, mas
existem motores baseados em outros fenómenos electromecânicos, tais como: forcas
electrostáticas. O principio fundamental em que os motores electromagnéticos são baseados, é
que há uma força mecânica em todo o fio quando esta conduzindo corrente eléctrica imersa em
um campo magnético. Esta forca é descrita pela lei da forca de Lorenz.
2.2 Tipos de motores
a) Motores de corrente contínua
São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou
de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com
velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e
precisão. Por isso, seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o
custo muito mais alto da instalação.
b) Motores de corrente alternada
São os mais utilizados, porque a distribuição de energia eléctrica é feita normalmente em
corrente alternada. De entre os da corrente alternada temos:
Motor síncrono: Funciona com velocidade fixa; utilizado somente para grandes potências
(devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade
invariável.
Motor de indução: Funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia
ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade,
robustez e baixo custo, é o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase
todos os tipos de máquinas accionadas, encontradas na prática. Actualmente é possível
controlarmos a velocidade dos motores de indução com o auxílio de inversores de
frequência.

2.3 Tipos de motores de indução

2.3.1 Motores de indução monofásicos
Os motores de indução monofásica dividem-se em:

a) Motor monofásico de fase auxiliar ou fase dividida
Motor de indução monofásico é um motor com um enrolamento principal conectado
directamente à rede de alimentação e um enrolamento auxiliar desfasado, geralmente, em 90º
eléctrico do enrolamento principal. É um motor utilizado sem nenhuma outra impedância, senão
aquela oferecida pelo próprio enrolamento do motor. O enrolamento auxiliar está inserido no
circuito de alimentação somente durante o período de partida do motor e cria um deslocamento
de fase que produz o conjugado necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor
atinge uma rotação predefinida, o enrolamento auxiliar desconecta-se da rede através de uma
chave que normalmente é accionada pela força centrífuga. Como o enrolamento auxiliar é
dimensionado para actuação somente na partida, seu não desligamento provocará a sua queima.
O ângulo de defasagem entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar é
pequeno e, por isso, estes motores têm conjugado de partida igual ou pouco superior ao nominal,
o que limita a sua aplicação as potências fraccionárias e as cargas que exigem reduzido
conjugado de partida, tais como máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos
polidores, compressores herméticos, bombas centrífugas, etc.
Figura de um motor monofásico de fase auxiliar
Legenda:
B.P – Bobina Principal
B.A – Bobina Auxiliar
C.C – Conjunto Platinado e Centrífugo
b) Motor monofásico com capacitor de partida.

Motor de indução monofásico é um motor com enrolamento principal conectado directamente à
rede de alimentação e um enrolamento auxiliar desfasado, geralmente, em 90º eléctrico do
enrolamento principal e conectado em série com um capacitor. Tanto o enrolamento auxiliar
quanto o capacitor estarão inseridos no circuito de alimentação somente durante o período de
partida do motor. O capacitor permite um maior ângulo de defasagem entre as correntes dos
enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados conjugados de partida. Como
no motor de fase dividida, o circuito auxiliar desconecta-se quando o motor atinge rotação prédefinida.
Neste intervalo de velocidade, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o
mesmo conjugado que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90%
da velocidade síncrona, a curva de conjugado com os enrolamentos combinados cruza a curva de
conjugado do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o
motor desenvolve maior conjugado com o circuito auxiliar desligado. Devido ao fato de o
cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto, e ainda, a chave centrífuga não
abrir exactamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na
média um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a desconexão do circuito auxiliar, o seu
funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida. Com o seu elevado conjugado de
partida,o motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma grande variedade de
aplicações (bombas, compressores, lavadoras de roupa, geladeiras industriais).
Figura de um motor monofásico com capacitor de partida
Legenda:
B.P – Bobina Principal
B.A – Bobina Auxiliar
C.C – Conjunto Platinado e Centrífugo
C.P – Capacitor de Partida

c) Motor monofásico com capacitor permanente
Motor de indução monofásico com um enrolamento principal conectado directamente à rede de
alimentação e um enrolamento auxiliar defasado, geralmente, em 90º eléctricos do enrolamento
principal e conectado em série com um capacitor. Durante todo período de funcionamento do
motor o circuito auxiliar com o capacitor permanece conectado ao circuito de alimentação. O
efeito deste capacitor é o de criar condições de fluxo muito semelhante às encontradas nos
motores polifásicos, aumentando com isso, o conjugado máximo, o rendimento e o factor de
potência, além de reduzir sensivelmente o ruído. Construtivamente são menores e isentos de
manutenção, pois não utilizam contactos e partes móveis como os motores anteriores. Porém, seu
conjugado de partida, normalmente é inferior ao do motor de fase divida, o que limita sua
aplicação a equipamentos que não requeiram elevado conjugado de partida. São fabricados
normalmente para potências de 1/50 à 3,0 cv.
Figura de um motor monofásico com capacitor permanente
Legenda da figura:
BP – Bobina Principal
B.A – Bobina Auxiliar
C.Pe – Capacitor Permanente
d) Motor monofásico com capacitor de dois valores
Motor de indução monofásico com um enrolamento principal conectado directamente à rede de
alimentação e um enrolamento auxiliar defasado, geralmente, em 90º eléctricos do enrolamento
principal e conectado em série com dois ou mais capacitores, obtendo-se assim dois valores de
capacitâncias, uma utilizada na condição de partida e outra na condição de regime. É um motor

que utiliza as vantagens dos motores monofásicos: capacitor de partida (CST) e capacitores
permanente (PSC), caracteriza-se por obter um óptimo desempenho na partida e em regime.
Porém, devido ao seu custo elevado, geralmente, são fabricados somente em potências superiores
a 1 cv.
d)Motor de indução monofásico com um enrolamento auxiliar (curto-circuitado).
O motor de campo distorcido se destaca entre os motores de indução monofásicos, por seu
método de partida, que é o mais simples, confiável e económico. Uma das formas construtivas
mais comuns é a de pólos salientes, sendo que cerca de 25 a 35% de cada pólo é enlaçado por
uma espira de cobre em curto-circuito. A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que
a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não enlaçada pela mesma. O resultado
disto é semelhante a um campo girante que se move na direcção da parte não enlaçada para a
parte enlaçada do pólo, produzindo conjugado que fará o motor partir e atingir a rotação
nominal. O sentido de rotação depende do lado que se situa a parte enlaçada do pólo,
consequentemente o motor de campo distorcido apresenta um único sentido de rotação. Este
geralmente pode ser invertido, mudando a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao
estator. Os motores de campo distorcido apresentam baixo conjugado de partida e baixo
rendimento e baixo factor de potência. Normalmente são fabricados para pequenas potências,
que vão de alguns milésimos de cv até o limite de 1/4cv. Pela sua simplicidade, robustez e baixo
custo, são ideais em aplicações tais como: ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente,
unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo, pequenas bombas e compressores,
projectores de slides, tocam discos e aplicações domésticas.

2.3.2 Aplicações de motores monofásicos
O motor de indução monofásico, “pólos sombreados”, foi projectado para ser usado em coifas,
exaustores, ventiladores, freezers, balcões frigoríficos, desumidificadores, evaporadores,
unidades de refrigeração, condensadores, inaladores, em aparelhos de ar condicionado, em
rebarbadeiras e outros.

Princípio de funcionamento
O funcionamento de um motor de indução trifásico baseia-se no princípio do acoplamento
electromagnético entre o estator e o rotor, pois há uma interacção electromagnética entre o
campo girante do estator e as correntes induzidas nas barras do rotor, quando estas são cortadas
pelo campo girante.
O campo girante é criado devido aos enrolamentos de cada fase estarem espaçados entre si de
120º. Sendo que ao alimentar os enrolamentos com um sistema trifásico, as correntes I1, I2 e I3
originarão seus respectivos campos magnéticos H1, H2 e H3, também, espaçados entre si 120°.
Além disso, como os campos são proporcionais às respectivas correntes, serão defasados no
tempo, também de 120° entre si. A soma vectorial dos três campos H1, H2 e H3, será igual ao
campo total H resultante.
2.4.1 Constituição de um estator
Um estator é constituído por:

Carcaça – é a estrutura suporte do conjunto; de construção robusta em ferro fundido, aço
ou alumínio injectado, resistente à corrosão e com aletas.

Núcleos de chapas – as chapas são de aço magnético, tratadas termicamente para reduzir
ao mínimo as perdas no ferro.

Enrolamento trifásico – três conjuntos iguais de bobinas, uma para cada fase, formando
um sistema trifásico ligado à rede trifásica de alimentação.
2.4.2 Constituição de um rotor
Um rotor é constituído de:

Eixo – transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor. É tratado termicamente
para evitar problemas como empenamento e fadiga.

Núcleos de chapas – as chapas possuem as mesmas características das chapas do estator.

Barras e anéis de curto-circuito – são de alumínio injectado sob pressão numa única peça.

Figura de um motor de indução trifásico
2.4. 3 Aplicação de um motor trifásico
Os motores de indução trifásica normalmente são usados para desempenhar actividades
consideradas mais pesadas tais como: bobinas de moageiras, em frigoríficos, entre outros.
2.5 Rendimento de um motor eléctrico
O motor eléctrico absorve energia eléctrica da linha e a transforma em energia mecânica
disponível no eixo. O rendimento define a eficiência com que é feita esta transformação
chamando “Potência útil” Pu a potência mecânica disponível no eixo e “Potência absorvida” Pa a
potência eléctrica que o motor retira da rede, o rendimento será a relação entre as duas, ou seja:

Conclusão
Apois uma investigação aturada, o grupo chegou a conclusão que os geradores e motores
eléctricos são muitíssimo importantes para a facilitação de muitas das actividades humanas que
requerem o uso indispensável de energia eléctrica ou outro tipo de energia para uma vida
civilizada. Apesar de em algumas ocasiões, esses motores, para a sua obtenção acarretar custos
muito usurbitantes.

Bibliografia
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Calouste Gulbenkian, 1985
CARVALHO, Rómulo de, História de electricidade estática e apresentação laboratorial, 2a
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.CRUZ, Maria Natália et all – À descoberta da Física 80 ano de escolaridade, 1a edição, porto
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MARCO, Aurélio da Silva. – Electromagnetismo . Brasil Escola. Página visitada em 12 de
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PAULO, Círculo do Livro, - Da Renascença à Revolução Científica III 4 Vol. 1987
RAFAEL, Lopes Valverde. Historia del Electromagnetismo (em espanhol). Página visitada em 13
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RONAN, Colin A. História Ilustrada da Ciência: Universidade de Cambridge. 1 ed. São Paulo.
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