MÁQUINAS ELÉTRICAS Máquina de Corrente Contínua - MOTOR DC Os motores de corrente contínua são máquinas cc/dc usadas como motores. Como discutido nas leituras sobre gerador, a mesma máquina física pode atuar tanto como motor quanto gerador. A diferença está na direção do fluxo de potência. ESTUDAREMOS NESSA SEÇÃO OS VÁRIOS TIPOS DE MÁQUINAS CC UTILIZADAS COMO MOTOR.

TIPOS DE MOTORES DC Motor cc de excitação separada Motor cc shunt Motor cc de ímã permanente Motor série Motor composto

TIPOS DE MOTORES DC Circuito equivalente de um motor dc Como o motor cc é a mesma máquina física do gerador cc, seu circuito equivalente é exatamente o mesmo do gerador com exceção da direção do fluxo de corrente.

A tensão interna gerada na máquina é dada abaixo: EA=KΦω O torque desenvolvido pela máquina é dado por: T=KΦIA As duas equações acima, juntamente com a lei de Kirchhoff do circuito de armadura e a curva de magnetização da máquina são ferramentas necessárias para analisar o comportamento e o desempenho de um motor cc.

MOTORES SHUNT E DE EXCITAÇÃO SEPARADA Um motor cc de excitação separada pode ser definido como aquele cujo circuito de campo é suprido a partir de uma fonte de potência constante. No caso de um motor shunt, o circuito de campo é alimentado diretamente através dos terminais de armadura do motor. A Fig.1 mostra o circuito equivalente de um motor cc de excitação separada, enquanto a Fig.2 mostra o do shunt. Obs: Quando a tensão de alimentação do motor é assumida constante não existe diferença real entre o comportamento das duas máquinas.

MOTORES SHUNT E DE EXCITAÇÃO SEPARADA

Características terminais de um Motor Shunt CC A característica de terminal (saída) é um gráfico que relaciona as variáveis de saída entre si. Para o motor, as variáveis de saída são o torque no eixo e a velocidade. Ou seja, é o gráfico do torque de saída versus velocidade. A pergunta é: Como um motor shunt responde a aplicação da carga ? Suponha que a carga no eixo do motor é elevada. Então o torque da carga excederá o torque desenvolvido da máquina, e dessa forma ocorrerá uma redução da velocidade.

Acontece que quando a velocidade do motor diminui, há uma queda na tensão interna EA = KΦω Entretanto, a corrente de armadura IA = (VT – EA )/RA aumenta. Como a corrente de armadura aumenta, o torque desenvolvido no motor aumenta Tdes = KΦIA . E finalmente, o torque desenvolvido igualará ao torque da carga em uma velocidade mecânica de rotação menor.

A dedução da equação que relaciona a velocidade e o torque interno desenvolvido é mostrada abaixo:

GRÁFICO QUE ILUSTRA O COMPORTAMENTO DA CARACTERÍSTICA x VELOCIDADE No gráfico (a) a máquina apresenta enrolamento de compensação que tem o objetivo de anular o efeito causado pela reação de armadura. No gráfico (b), apresenta o comportamento com o fenômeno da reação de armadura que reduz o fluxo na máquina. Essa redução provoca aumento da velocidade.

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT Como é possível controlar a velocidade de um motor cc shunt ? Ajuste da resistência de campo ( e assim o fluxo de campo) Ajuste da tensão terminal aplicada a armadura Inserindo resistores em série no circuito de armadura Mudança na resistência de campo Para compreender o que acontece quando a resistência de campo é variada, assuma que a resistência de campo aumenta. Se a resistência de campo aumenta, então a corrente de campo diminui.

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT IF = VT / RF Com a redução da corrente de campo,o fluxo também diminui. Uma redução no fluxo causa uma redução instantânea na tensão interna gerada EA=KΦω, causando um grande aumento na corrente de armadura da máquina. IA = (VT – EA )/RA O torque no motor é dado por Tdes=KΦω. Desde que o fluxo na máquina diminui enquanto a corrente de armadura aumenta, o que prevalecerá ?

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT O aumento da corrente predomina sobre o decréscimo no fluxo, e o torque desenvolvido aumenta: Tdes=KΦIA Desde que o torque desenvolvido é maior que o torque de carga, a velocidade do motor aumenta. Entretanto, quando a velocidade aumenta a tensão interna também aumenta o que provoca uma redução da corrente de armadura.

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT A redução da corrente de armadura faz com que o torque desenvolvido também se reduza. E finalmente, mai uma vez o torque se iguala ao torque de carga numa velocidade mais alta que a velocidade inicial.

RESUMO DO CONTROLE DE VELOCIDADE ATRAVÉS DO REOSTATO DE CAMPO

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT Variação da tensão de armadura Nesse método, envolve a mudança na tensão aplicada à armadura sem mudar a tensão aplicada ao campo. Semelhante ao caso de excitação separada.

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT Quando a velocidade aumenta, a tensão interna gerada EA aumenta, o que provoca a redução da corrente de armadura. A redução da corrente de armadura provoca a redução do torque desenvolvido internamente, fazendo com que o torque desenvolvido seja igual ao torque resistente (torque da carga), entretanto numa velocidade superior.

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT RESUMO SOBRE O CONTROLE DE VELOCIDADE ATRAVÉS DA TENSÃO DE ARMADURA

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT O gráfico acima mostra o efeito na velocidade quando aumenta-se a tensão de armadura.

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT Inserindo um resistor em série com o circuito de armadura .

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT No controle através da resistência de campo, quanto menor a corrente de campo mais rápido o motor gira. Isto se aplica também ao motor de excitação separada. Já o aumento da corrente de campo causa um decréscimo da velocidade e por este motivo existe uma velocidade mínima que se consegue atingir através deste controle. O aumento da corrente de campo será limitada pelo limite de aquecimento dos enrolamento de campo. .

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT VELOCIDADE BASE Se o motor estiver operando com sua tensão terminal nominal, potência e corrente de campo então ele está funcionando na velocidade nominal, também conhecida como velocidade base. Através da resistência de campo pode controlar a velocidade do motor acima da velocidade base, mas não para velocidades abaixo da base. Por que? .

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT Através da armadura, pode-se controlar a velocidade do motor para velocidades abaixo da velocidade base, mas não para velocidade acima da base. Por que? .

MOTOR SÉRIE Torque desenvolvido no motor cc série Sabemos que o torque desenvolvido pela máquina é dado por: De maneira simplificada, o fluxo é proporcional a corrente de armadura.

De maneira simplificada, o fluxo é proporcional a corrente de armadura. Substituindo a equação acima na equação do torque desenvolvido. Como podemos interpretar a equação acima? Característica terminal de um motor cc série Para encontrar a característica terminal de um motor cc série, a análise será feita baseando-se no comportamento linear da curva de magnetização.

A suposição para curva de magnetização linear implica que o fluxo no motor é dado por: A dedução da característica torque-velocidade é estabelecida a partir da lei de Kirchhoff: Da equação , a corrente de armadura é dada por: Como , substituindo na equação geral da máquina:

A corrente de armadura é dada por: O torque desenvolvido é dado por: O fluxo pode ser calculado como: .

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Gráfico que ilustra a característica velocidade x torque de um motor série. Quais conclusões podemos tirar sobre o gráfico?

MOTOR COMPOSTO CUMULATIVO . Shunt longa Shunt curta

MOTOR COMPOSTO CUMULATIVO A lei Kirchhoff para o motor composto: A força magnetomotriz resultante é dada por: O sinal positivo está associado com o motor composto cumulativo e o sinal negativo com o composto diferencial. .

MOTOR COMPOSTO CUMULATIVO