Mquinas-Hermom

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Máquinas Elétricas
Book · December 2019
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Hermom Leal Moreira
University of São Paulo
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1ª edição
Hermom Leal Moreira
Reitor: Prof. Maurício Chermann
EQUIPE DE PRODUÇÃO CORPORATIVA
Gerência: Adriane Aparecida Carvalho
Coordenação de Produção: Diego de Castro Alvim
Coordenação Pedagógica: Karen de Campos Shinoda
Equipe Pedagógica: Graziela Franco, Rúbia Nogueira
Coordenação Material Didático: Michelle Carrete
Revisão de Textos: Adrielly Rodrigues, Aline Gonçalves
Diagramação: Amanda Holanda, Douglas Lira, Nilton Alves
Ilustração: Everton Arcanjo
Impressão: Grupo VLS / Gráfica Cintra
Imagens: Fotolia / Freepik / Acervo próprio
O autor dos textos presentes neste material didático assume total 
responsabilidade sobre os conteúdos e originalidade.
Proibida a reprodução total e/ou parcial.
© Copyright Brazcubas 2019
1ª edição
2019
Av. Francisco Rodrigues Filho, 1233 - Mogilar 
CEP 08773-380 - Mogi das Cruzes - SP
Sumário
Sumário 
Apresentação 7
O Professor 9
Introdução 11
1unidade I
1As máquinas nos domínios do eletromagnetismo 13
1.1 Circuitos magnéticos 13
1.1.1 Introdução aos circuitos magnéticos 14
1.1.2 Fluxo concatenado 14
1.1.3 Indução eletromagnética e indutância 15
1.2 Conversão eletromecânica de energia 15
1.2.1 Força eletromagnética e força magnetomotriz 16
1.2.2 Relação entre indutância e força magnetomotriz 17
1.2.3 Determinação de forças e conjugados 17
1.2.4 Balanço energético 18
1.3 Materiais magnéticos 18
1.3.1 Propriedades dos materiais magnéticos 19
1.3.2 Regra de Flemming da mão direita 20
1.3.3 Histerese e excitação em corrente alternada – CA 20
1.3.4 Imãs permanentes e suas aplicações 21
1.3.5 Forças e conjugados para ímãs permanentes 21
1.4 Transformadores 22
1.4.1 Introdução aos transformadores 22
1.4.2 Circuitos magnéticos acoplados 23
1.4.3 Transformador ideal 23
1.4.4 Transformador real 25
1.4.4.1 Reatâncias, resistências, perdas e circuitos equivalentes 25
1.4.5 Tipos de transformadores 26
1.4.5.1 Ensaios a vazio e curto-circuito 26
1.4.6 Dimensionamento de transformadores 27
1.4.7 Correção de fator de potência para alimentação de cargas 
indutivas 29
Referências da unidade I 30
Sumário
2unidade II
2A versatilidade das máquinas CC 31
2.1 Máquinas de Corrente Contínua – CC 31
2.1.1 Introdução às máquinas rotativas 32
2.1.2 Características construtivas e princípios de funcionamento 32
2.1.3 Ação do comutador 34
2.1.4 Efeito da força magnetomotriz na armadura 36
2.1.5 Motores de corrente contínua 37
2.2 Tipos de motores de corrente contínua 38
2.2.1 Campo permanente (ou interno) 38
2.2.2 Campo independente (ou externo) 39
2.2.3 Campo permanente - paralelo e série 39
2.2.4 Campo permanente – composto 40
2.3 Controle de velocidade 40
2.3.1 Controle de velocidade pela armadura 41
2.3.2 Controle de velocidade pela armadura, campo ou ambos 41
2.3.3 Inversão de sentido de rotação de motores de CC 43
2.3.4 Frenagem regenerativa de motores de CC 43
2.4 Circuito equivalente de um motor de CC 44
2.4.1 Relação entre conjugado e velocidade de um motor de CC 45
2.5 Geradores de CC 45
Referências da unidade II 48
3unidade III
3As potentes máquinas de corrente alternada 49
3.1 Introdução às máquinas síncronas e assíncronas polifásicas 49
3.1.1 Características construtivas e princípio de funcionamento 50
3.2 Características de operação em regime de partida transitória e 
permanente 55
3.2.1 Indutância das máquinas síncronas e assíncronas 56
3.2.2 Circuitos equivalentes 56
3.2.3 Conjugado dos motores síncronos e assíncronos 58
3.3 Tipos de partida e ligações elétricas para motores síncronos 60
3.4 Tipos de partida e ligações elétricas para motores assíncronos 60
3.5 Princípio de controle de rotação em motores assíncronos 63
3.6 Interpretação da placa de identificação de motores assíncronos 63
Referências da unidade III 64
Sumário
4unidade IV
4As inteligentes máquinas de relutância variável 65
4.1 Introdução às Máquinas de Relutância Variável – MRV 65
4.2 Configurações e principais aplicações das MRVs 66
4.3 Formas de onda na produção de conjugado 67
4.4 Tipos de Máquinas de Relutância Variável 69
4.5 Motores de passo: funcionamento e aplicações 72
4.6 Motores lineares: funcionamento e aplicações 75
Referências da unidade IV 78
Anexos 79
Apresentação
7
Apresentação
Olá, seja bem-vindo! 
Conhecer os conceitos fundamentais e aplicações das máquinas elétricas são 
essenciais para a solução de diversos problemas de engenharia elétrica. Uma base 
teórica e prática sólida o ajudarão a compreender os princípios da eletromecânica, 
que serão tratados nas quatro unidades deste livro.
Serão abordados nesta disciplina os conceitos sobre os circuitos e materiais 
magnéticos, conversão de energia e transformadores por meio da aplicação das leis 
clássicas da eletricidade e do magnetismo e sua influência mútua com o meio físico 
que dará base para a compreensão das aplicações reais por meio da formulação e 
solução de problemas que são essenciaispara o domínio do tema. A seguir, trare-
mos a discussão dos principais tipos de máquinas elétricas e rotativas de CC, que são 
estudadas para entender suas características construtivas, princípios de funciona-
mento e função dos componentes destes motores e geradores, empregando mode-
los e equações matemáticas específicas para o tratamento das grandezas fundamen-
tais de sistemas mecânicos e elétricos como torque, velocidade, conjugado, corrente, 
tensão e potência respectivamente. 
Na sequência, serão apresentadas as máquinas de CA utilizando o mesmo 
escopo da unidade anterior, intensificando a utilização de equações algébricas com 
números complexos para a análise da operação das máquinas em regime permanente 
e transitório baseados nos parâmetros dos circuitos equivalentes, necessários para 
definir as configurações de ligação e tipos de partida de máquinas síncronas e assín-
cronas e, finalmente, veremos as máquinas de relutância variável, cujas aplicações 
especiais utilizam os motores de passo em processo que necessita de maior precisão.
Apresentação
8
Objetivos da Disciplina:
• Apresentar os diferentes tipos de máquinas de conversão de energia elé-
trica em energia mecânica, suas principais características e aplicações;
• Informar sobre o funcionamento, operação e aplicação de máquinas 
de indução;
• Explorar os fatores envolvidos com desempenho por meio de ensaios 
necessários para a determinação de todas as características de dimen-
sionamento e performance de máquinas elétricas.
Competências e Habilidades da Disciplina:
• Domínio dos conhecimentos da eletromecânica aplicados à concepção, 
construção e operação de máquinas elétricas para realizar a modela-
gem e cálculo de geradores, motores e transformadores baseados na 
teoria de máquinas elétricas;
• Conhecimento para prover soluções relacionadas aos problemas 
quanto à eficiência, consumo e condições de funcionamento de máqui-
nas elétricas; 
• Conhecimento sobre as especificações de fabricação e normas técnicas 
nacionais e internacionais de máquinas elétricas; 
• Habilidade para atividades práticas e ensaios visando à adequação 
integral da parametrização das máquinas elétricas. 
O Professor
9
O Professor
Prof. Hermom Leal Moreira 
Saudações, caro aluno! 
Eu me apresento trazendo informações sobre a 
minha experiência e formação como engenheiro, 
pesquisador e professor. Iniciei a minha vida profis-
sional aos 14 anos como aprendiz na indústria metal 
mecânica, fui promovido à ½ Oficial Eletricista após o 
curso profissionalizante. 
Graduado em Engenharia Elétrica e de 
Telecomunicações, especialista em Engenharia de 
Segurança do Trabalho, mestre em Engenharia 
Elétrica e doutorando na área de Automação em 
Sistemas de Potência pela EP da USP, desenvolvo 
uma tese sobre integração entre Renewable Energy e 
Smart Grids. Consultor e projetista nas áreas em que 
me especializei, também ministro aulas. Muito pra-
zer! Vamos interagir juntos neste mundo da engenha-
ria e tecnologia? Vamos juntos!
Link: http://lattes.cnpq.br/1535789489791347 
Introdução
11
Introdução
Nesta unidade serão apresentados os conceitos necessários sobre o campo 
magnético e suas grandezas para em seguida analisar sua aplicação nos circuitos 
magnéticos. Após esta fundamentação inicial, vamos explorar os conceitos de con-
versão eletromecânica de energia por meio da utilização das equações fundamen-
tais de torque e de tensão induzida advindas respectivamente das leis de Ampère e 
Faraday em máquinas CC e CA.
Em seguida, o foco é direcionado à análise das características físicas e compor-
tamento dos materiais magnéticos utilizados na construção de máquinas, visando 
compreender como sua interação com as grandezas eletromagnéticas afetam a per-
formance, eficiência e desempenho das máquinas elétricas.
Seguindo a progressão do conteúdo abordado nas unidades anteriores, a pró-
xima unidade traz a introdução ao transformador, de aplicação em praticamente 
todas as áreas da engenharia elétrica, atentando para seus tipos e características 
construtivas, acoplamento magnético, comparação entre o seu modelo ideal e o 
real, tipos de ligações, ensaios e ajustes de instalação na rede elétrica. 
Algumas sugestões para um bom desempenho nesta disciplina é que você 
dedique-se, seja multidisciplinar e mantenha os conhecimentos aprendidos nas dis-
ciplinas anteriores atualizados.
Não se esqueça de fazer exercícios, ler o livro didático, anotar suas dúvidas e 
tópicos para discussão nos fóruns fazendo perguntas e tirando dúvidas. Procure o 
professor em caso de dificuldade e não dispense o uso de calculadoras programá-
veis e softwares para modelagem e simulação, que irão ajudá-lo a enriquecer seus 
conhecimentos. 
Que bom que estamos juntos. Preparado para este desafio? Vamos lá! Espero 
que você se dedique e estude! Vamos em frente e bons estudos!
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