Ce aula 05 máquina cc

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Ce aula 05 máquina cc

  1. 1. Máquina de corrente contínua Prof. José Batista
  2. 2. 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.
  3. 3. 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.
  4. 4. Principais aplicações  Máquinas de Papel  Bobinadeiras e desbobinadeiras  Laminadores  Máquinas de Impressão  Extrusoras  Prensas
  5. 5. Principais aplicações  Elevadores  Movimentação e Elevação de Cargas  Moinhos de rolos  Indústria de Borracha  Mesa de testes de motores
  6. 6. Principais Características  Fácil controle de velocidade;  Fabricação cara;  Cuidados na partida;  Uso em declínio.  Geradores e Motores
  7. 7. Componentes  O motor de corrente contínua é composto de duas estruturas magnéticas: – Estator (enrolamento de campo ou ímã permanente); – Rotor (enrolamento de armadura).
  8. 8. Esquema de uma máquina CC
  9. 9. Rotor
  10. 10. Componentes
  11. 11. Componentes
  12. 12. Rotor
  13. 13. Escovas
  14. 14. Esquema de uma máquina CC
  15. 15. https://www.youtube.com/watch?v=LAtPHANEfQo https://www.youtube.com/watch?v=0PDRJKz-mqE
  16. 16. 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.
  17. 17. 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.
  18. 18. 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.
  19. 19. Estator
  20. 20. 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.
  21. 21. Rotor
  22. 22. 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;
  23. 23. 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;
  24. 24. 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;
  25. 25. 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.
  26. 26. Rotor - Enrolamento Imbricado Nível de Tensão Menor
  27. 27. Rotor - Enrolamento Ondulado Nível de Tensão Menor
  28. 28. Motor CC com imas permanente
  29. 29. Circuito de um Gerador CC 5 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
  30. 30. 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
  31. 31. Principio de Funcionamento de um gerador CC
  32. 32. Principio de Funcionamento de um gerador CC
  33. 33. Reação de armadura
  34. 34. Funcionamento do motor CC de dois pólos.
  35. 35. 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 ..
  36. 36. 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 E N  K IaRaV N .  fIK .1
  37. 37. Modelo do circuito elétrico do motor CC  Portanto, a velocidade é diretamente proporcional à tensão de armadura, e inversamente proporcional ao fluxo no entreferro.
  38. 38. 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.
  39. 39. 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.
  40. 40. 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 = 𝑃𝑠 𝜔 𝑚 = 60 2𝜋 𝑃𝑠 𝑛 = 9,55. 𝑃𝑠 𝑛 IaKTouC ..
  41. 41. 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.
  42. 42. Modelo do circuito elétrico do motor CC
  43. 43. 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.
  44. 44. O diagrama de fluxo de potência Gerador O diagrama de fluxo de potência
  45. 45. O diagrama de fluxo de potência - Motor O diagrama de fluxo de potência
  46. 46. 1. Motor cc de excitação separada 2. Motor cc shunt 3. Motor série 4. Motor composto TIPOS DE MOTORES DC
  47. 47. Torque e corrente de armadura
  48. 48. Carga com torque
  49. 49. Tipo de Excitação Paralelo
  50. 50. Tipo de Excitação Paralelo (shunt)  Velocidade praticamente constante  Velocidade ajustável por variação da tensão de armadura
  51. 51. Tipo de Excitação Paralelo (shunt) IaIfI  XfRf Vf If   VLV  IaRaVE .
  52. 52. Tipo de Excitação Série
  53. 53. 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
  54. 54. 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
  55. 55. Tipo de Excitação Série IaIfI  VfVaV  )( RaXfRfIVE 
  56. 56. Tipo de Excitação Independente
  57. 57. 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
  58. 58. 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.
  59. 59. Tipo de Excitação Independente  Enrolamento de campo independente  Apresenta um fluxo mínimo mesmo com o  motor em vazio.
  60. 60. 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
  61. 61. Vantagens  Existe?  Para certas Aplicações são economicamente viáveis, pois possuem pequenas dimensões com um excelente torque, Ex: Liquidificador, furadeira elétrica, motores de brinquedos.
  62. 62. 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)
  63. 63. 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.
  64. 64. Motor universal  Funciona em corrente continua ou alternada Ex: Liquidificador, furadeira elétrica
  65. 65. Motor universal  Funciona em corrente continua/alternada
  66. 66. Motor universal
  67. 67. Motor universal
  68. 68. 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.
  69. 69. 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.
  70. 70. Motor universal
  71. 71. 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.
  72. 72. Motor universal
  73. 73. 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.
  74. 74. Motor velocidade motor CC em derivação- ALTERAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE CAMPO
  75. 75. Motor Velocidade motor CC em derivação- VARIAÇÃO DA TENSÃO DE ARMADURA
  76. 76. Motor Velocidade motor CC em derivação - INSERÇÃO DE UM RESISTOR EM SÉRIE COM O CIRCUITO DE ARMADURA
  77. 77. Questões
  78. 78. Questões
  79. 79. Questões
  80. 80. Questões
  81. 81. Motor universal
  82. 82. Motor universal
  83. 83. Questões
  84. 84. Questões
  85. 85. MOTOR CC SÉRIE
  86. 86. MOTOR CC SÉRIE
  87. 87. MOTOR CC SÉRIE

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