Máquina de corrente contínua

Prof. José Batista

Máquinas de Corrente Contínua

As máquinas de corrente contínua podem ser

utilizadas tanto como motor quanto como

gerador. Porém, uma vez que as fontes

retificadoras de potência podem gerar tensão

contínua de maneira controlada a partir da

rede alternada, pode-se considerar que,

atualmente, a operação como gerador fica

limitada aos instantes de frenagem e reversão

de um motor.

Máquinas de Corrente Contínua

Atualmente, o desenvolvimento das técnicas

de acionamentos de corrente alternada (CA) e

a viabilidade econômica têm favorecido a

substituição dos motores de corrente contínua

(CC) pelos motores de indução acionados por

inversores de freqüência.

Principais aplicações

Máquinas de Papel

Bobinadeiras e desbobinadeiras

Laminadores

Máquinas de Impressão

Extrusoras

Prensas

Principais aplicações

Elevadores

Movimentação e Elevação de Cargas

Moinhos de rolos

Indústria de Borracha

Mesa de testes de motores

Principais Características

Fácil controle de velocidade;

Fabricação cara;

Cuidados na partida;

Uso em declínio.

Geradores e Motores

Componentes

O motor de corrente contínua é composto de

duas estruturas magnéticas:

– Estator (enrolamento de campo ou ímã

permanente);

– Rotor (enrolamento de armadura).

Esquema de uma máquina CC

Rotor

Componentes

Componentes

Rotor

Escovas

Esquema de uma máquina CC

https://www.youtube.com/watch?v=LAtPHANEfQo

https://www.youtube.com/watch?v=0PDRJKz-mqE

Estator (Armadura)

O estator é composto de uma estrutura

ferromagnética com pólos salientes aos quais são

enroladas as bobinas que formam o campo, ou de

um ímã permanente.

Estator (Armadura)

Carcaça - estrutura de aço ou ferro. Serve de suporte para as

partes constituintes da máquina.

Sapatas Polares - são de ferro laminado aparafusado ou soldado na

carcaça. A sapata polar é curvada e mais larga do que o núcleo

polar, a fim de espalhar o fluxo mais uniformemente.

Interpolos - também estão montados na carcaça, entre os

pólos principais e geralmente, possuem menor tamanho.

Interpolo

O problema do faiscamento tem como ideia básica por trás dessa nova

abordagem é que, se a tensão nos condutores que estão sofrendo comutação

puder ser tornada zero, então não haverá faiscamento nas escovas. Para

conseguir isso, pequenos polos, denominados polos de comutação ou

interpolos, são colocados a meio caminho entre os polos principais. Esses

polos de comutação estão localizados diretamentesobre os condutores que

passam pela comutação. Fornecendo um fluxo pelo uso dos polos de

comutação, será possível cancelar exatamente a tensão nas bobinasque estão

passando por comutação. Se esse cancelamento for exato, não haverá

faiscamento nas escovas.

Estator

Rotor

O rotor é um eletroímã constituído de um núcleo de

ferro com enrolamentos em sua superfície que são

alimentados por um sistema mecânico de

comutação.

Esse sistema é formado por um comutador, solidário

ao eixo do rotor, que possui uma superfície cilíndrica

com diversas lâminas às quais são conectados os

enrolamentos do rotor; e por escovas fixas, que

exercem pressão sobre o comutador e que são

ligadas aos terminais de alimentação.

Rotor

Partes Constituintes – Estator

Enrolamento auxiliar de campo: igualmente

alojado sobre o pólo principal. À semelhança

do enrolamento de compensação, tem por

função compensar a reação da armadura

reforçando o campo principal;

Pólos de Comutação: são alojados na região

entre os pólos e constituídos por um

conjunto de chapas laminadas justapostas;

Partes Constituintes – Rotor

Enrolamentos de Comutação: são

percorridos pela corrente de armadura,

sendo ligados em série com este. Têm por

função facilitar a comutação e evitar o

aparecimento de centelhamento no

comutador;

Partes Constituintes – Rotor

Núcleo Magnético: é constituído de um

pacote de chapas de aço magnético

laminadas, com ranhuras axiais para alojar o

enrolamento da armadura;

Enrolamento da Armadura: é composto de

um grande número de espiras em série

ligadas ao comutador. O giro da armadura

faz com que seja induzida uma tensão neste

enrolamento;

Rotor

Comutador: é constituído de lâminas de

cobre (lamelas) isoladas umas das outras

por meio de lâminas de mica (material

isolante). Tem por função transformar a

tensão alternada induzida numa tensão

contínua;

Eixo: é o elemento que transmite a potência

mecânica desenvolvida pelo motor a uma

carga a ele acoplada.

Rotor - Enrolamento ImbricadoNível de Tensão Menor

Rotor - Enrolamento OnduladoNível de Tensão Menor

Motor CC com imas permanente

Circuito de um Gerador CC

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Circuito de Campo Circuito de Armadura

E = Tensão de campo

Ra = Resistência da armadura

Ia = Corrente de armadura

E = Força Eletromotriz induzida ou Força Contra-Eletromotriz da

armadura

Circuito de um Motor CC

6

Circuito de Campo Circuito de Armadura

V = Tensão de armadura

Ra = Resistência da armadura

Ia = Corrente de armadura

E = Força Eletromotriz induzida ou Força Contra-Eletromotriz da

armadura

Principio de Funcionamento de um gerador CC

Principio de Funcionamento de um gerador CC

Reação de armadura

Funcionamento do motor CC de dois pólos.

Modelo do circuito elétrico do motor CC

Pela Lei da Indução de Faraday, a força

eletromotriz induzida é proporcional ao fluxo

e à rotação, ou seja:

Onde:

n = velocidade de rotação

K = constante que depende do tamanho do rotor, do número de

pólos do rotor, e como essas pólos são interconectados.

φ = fluxo no entreferro

NKE ..

Modelo do circuito elétrico do motor CC

Como a força-contra-eletromotriz, E, varia com a velocidade e

o fluxo, podemos chegar na seguinte equação de velocidade

(em rpm):

Esta equação nos diz que a velocidade do motor depende da

tensão aplicada na armadura, da corrente na bobina e do valor

do fluxo magnético. Note que a velocidade do motor tende ao

infinito quando o fluxo tende a zero. Conseqüentemente, não

devemos tirar, sob hipótese alguma, a corrente de campo, pois

o motor “dispara”.

.K

EN

K

IaRaVN

. fIK .1

Modelo do circuito elétrico do motor CC

Portanto, a velocidade é diretamente

proporcional à tensão de armadura, e

inversamente proporcional ao fluxo no

entreferro.

Modelo do circuito elétrico do motor CC

O controle da velocidade, até a velocidade

nominal, é feito através da variação da

tensão de armadura do motor, mantendo-se

o fluxo constante.

Velocidades superiores à nominal podem ser

conseguidas pela diminuição do fluxo,

mantendo-se a tensão de armadura

constante.

Modelo do circuito elétrico do motor CC

Sabendo que o fluxo é proporcional à

corrente de campo, ou seja:

K = constante.

If = corrente de campo

fIK.

Modelo do circuito elétrico do motor CC

A equação para o torque desenvolvido na armadura

será em função do fluxo magnético e da corrente da

armadura: O conjugado do motor é dado por:

Onde:

C ou T - conjugado eletromagnético do motor, N.m;

Ia - Corrente de armadura, A;

P - W ;

n - deve ser dado em RPM;

𝑇 =𝑃𝑠𝜔𝑚

=60

2𝜋

𝑃𝑠

𝑛= 9,55.

𝑃𝑠

𝑛IaKT ou C ..

Modelo do circuito elétrico do motor CC

Se o conjugado requerido pela carga for

constante, o motor tenderá a supri-lo,

sempre absorvendo uma corrente de

armadura também praticamente constante.

Somente durante as acelerações

provocadas pelo aumento da tensão, que

transitoriamente a corrente se eleva para

provocar a aceleração da máquina,

retornando após isso, ao seu valor original.

Modelo do circuito elétrico do motor CC

Modelo do circuito elétrico do motor CC

Portanto, em regime, o motor CC opera a corrente de

armadura essencialmente constante também. O nível dessa

corrente é determinado pela carga no eixo.

Assim, no modo de variação pela tensão de armadura, até a

rotação nominal, o motor tem a disponibilidade de acionar a

carga exercendo um torque constante em qualquer rotação de

regime estabelecida, que representa as curvas características

dos motores CC.

O controle da velocidade após a rotação nominal é feito

variando-se o fluxo e mantendo a tensão de armadura

constante e, por isso, chama-se zona de enfraquecimento de

campo.

O diagrama de fluxo de potênciaGerador

O diagrama de fluxo de potência

O diagrama de fluxo de potência -Motor

O diagrama de fluxo de potência

1. Motor cc de excitação separada

2. Motor cc shunt

3. Motor série

4. Motor composto

TIPOS DE MOTORES DC

Torque e corrente de armadura

Carga com torque

Tipo de Excitação Paralelo

Tipo de Excitação Paralelo (shunt)

Velocidade praticamente constante

Velocidade ajustável por variação da tensão

de armadura

Tipo de Excitação Paralelo (shunt)

IaIfI

XfRf

VfIf

VLV

IaRaVE .

Tipo de Excitação Série

Tipo de Excitação Série

Bobinas de campo estão em série com o

enrolamento da armadura

Só há fluxo no entreferro da máquina

quando a corrente da armadura for diferente

de zero (máquina carregada)

Conjugado é função quadrática da corrente,

uma vez que o fluxo é praticamente

proporcional à corrente de armadura

Tipo de Excitação Série

Conjugado elevado em baixa rotação

Potência constante

Velocidade extremamente elevada quando o

motor é descarregado, por isso não se

recomenda utilizar transmissões por meio de

polias e correias

Tipo de Excitação Série

IaIfI

VfVaV

)( RaXfRfIVE

Tipo de Excitação Independente

Tipo de Excitação Independente

Motor excitado externamente pelo circuito de

campo

Velocidade praticamente constante

Velocidade ajustável por variação da tensão

de armadura e também por enfraquecimento

de campo

Tipo de Excitação Independente

São os motores mais aplicados com

conversores CA/CC na indústria

Aplicações mais comuns: máquinas de

papel, laminadores, extrusoras, fornos de

cimento, etc.

Tipo de Excitação Independente

Enrolamento de campo independente

Apresenta um fluxo mínimo mesmo com o

motor em vazio.

Vantagens

Ciclo contínuo mesmo em baixas rotações

Alto torque na partida e em baixas rotações

Ampla variação de velocidade

Facilidade em controlar a velocidade

Os conversores CA/CC requerem menos

espaço

Vantagens

Existe?

Para certas Aplicações são economicamente

viáveis, pois possuem pequenas dimensões

com um excelente torque, Ex: Liquidificador,

furadeira elétrica, motores de brinquedos.

Desvantagens

Os motores de corrente contínua são

maiores e mais caros que os motores de

indução, para uma mesma potência

Maior necessidade de manutenção (devido

aos comutadores)

Arcos e faíscas devido à comutação de

corrente por elemento mecânico (não pode

ser aplicado em ambientes perigosos)

Desvantagens

· Tensão entre lâminas não pode exceder

20V, ou seja, não podem ser

alimentados com tensão superior a 900V,

enquanto que motores de corrente

alternada podem ter milhares de volts

aplicados aos seus terminais.

· Necessidade de medidas especiais de

partida, mesmo em máquinas pequenas.

Motor universal

Funciona em corrente continua ou alternada

Ex: Liquidificador, furadeira elétrica

Motor universal

Funciona em corrente continua/alternada

Motor universal

Motor universal

Motor universal

Um motor série, com uma resistência do induzido de ra = 0,2

e com uma resistência do indutor série de rf - 0,1 encontra-se

alimentado sob uma tensão DC de 220V . A reação do induzido

é desprezável e o circuito magnético não se encontra saturado.

À velocidade de 1000 rpm o motor absorve uma corrente de 50

A.

Motor universal

Um motor CC em derivação de 50 HP, 250 V e 1200 rpm, com

enrolamentos de compensação, tem uma resistência de

armadura (incluindo as escovas, os enrolamentos de

compensação e os interpolos) de 0,06 . Seu circuito de campo

tem uma resistência total de Raj + RF de 50 , produzindo uma

velocidade a vazio de 1200 rpm. Há 1200 espiras por polo no

enrolamento do campo em derivação.

Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de

entrada é 100 A.

Plote a característica de conjugado versus velocidade do

motor.

Motor universal

Motor universal

Um motor CC em derivação de 50 HP, 250 V e 1200 rpm, sem enrolamentos de

compensação, tem uma resistência de armadura (incluindo as escovas e os interpolos) de

0,06 . Seu circuito de campo tem uma resistência total de RF Raj de 50 , produzindo uma

velocidade a vazio de 1200 rpm. No enrolamento do campo em derivação, há 1200 espiras

por polo. A reação de armadura produz uma força magnetomotriz desmagnetizante de 840

A • e para uma corrente de campo de 200 A. A curva de magnetização dessa máquina

está mostrada

Encontre a velocidade desse motor quando a sua corrente de entrada é 200 A.

Basicamente, esse motor é idêntico ao do Exemplo 8-1, exceto pelo fato de que os

enrolamentos de compensação estão ausentes. Como essa velocidade pode ser

comparada com a do motor anterior para uma corrente de carga de 200 A?

Calcule e plote a característica de conjugado versus velocidade do motor.

Motor universal

Motor universal

Para compreender o que acontece quando o resistor de campo de um motor

CC é mudado, assuma que o resistor de campo aumente de valor e observe a

resposta. Se a resistência de campo aumentar, então a corrente de campo

diminuirá (IF VT /RF ↑) e, quando isso acontecer, o fluxo também diminuirá

junto. Uma diminuição de fluxo causa uma queda instantânea na tensão

gerada interna, , o que leva a um grande aumento de corrente de armadura na

máquina.

Motor velocidade motor CC em derivação-ALTERAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE CAMPO

Motor Velocidade motor CC em derivação-VARIAÇÃO DA TENSÃO DE ARMADURA

Motor Velocidade motor CC em derivação - INSERÇÃO DE UM RESISTOR EM SÉRIE COM O CIRCUITO DE ARMADURA

Questões

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Motor universal

Motor universal

Questões

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MOTOR CC SÉRIE

MOTOR CC SÉRIE

MOTOR CC SÉRIE