Máquina de corrente contínua

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Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica
Instituto Federal de Santa Catarina
Campus Joinville
Disciplina: Conversão de Energia 4˚Módulo
Professor: Janderson Duarte
2017-1
Aula 3 – MÁQUINAS CC
Aplicações:
MÁQUINAS CC
Partes integrantes de uma 
máquina CC
Estrutura da máquina de corrente 
contínua
Estágios de Operação
1° Estágio
2° Estágio
3° Estágio 4° Estágio
O enrolamento no qual uma fem 
induzida.... enrolamento de armadura
O enrolamento responsável por produzir o 
fluxo... enrolamento de campo
Geração de tensão em um 
gerador CC elementar
Processo de retificação mecânica.
A escova B1, posicionada próxima ao pólo norte magnético, sempre estará 
em contato com o segmento positivo do comutador.
Formas de onda para a tensão 
induzida e a tensão retificada.
Comutador e as escovas
Toda vez que ocorre a 
comutação as escovas 
curto circuitam a espira, 
pois a escova fica em 
contato com duas 
partes do anel 
comutador.
O comutador é responsável por fazer a 
inversão da corrente, mantendo a corrente 
na carga sempre no mesmo sentido.
Comutação adequada
Dessa forma é possível 
comutar entre as 
espiras sem correr o 
risco de danificar o 
gerador.
Existe uma situação na qual não existe fem induzida na bobina. Esta 
sempre ocorre quando o plano da espira fica perpendicular ao campo 
magnético.
Princípio de funcionamento
Atração e repulsão entre campos
Equações da máquina de 
corrente contínua
[v] maa KE ωφ ⋅⋅=
m][N ⋅⋅⋅= aa IKT φ
[W] maa TIE ω⋅=⋅
][ 
60
2
s
radn
m
⋅
=
πω
:
 Tensão induzida na armadura (contraeletromotriz)
 Torque no Eixo
 Velocidade em 
 Velocidade em 
a
m
Onde
E
T
rad
s
n rpm
ω
−
−
−
−
:
 Fluxo magnético por pólo [ ]
 Constante da máquina [Adimensional]a
Onde
Wb
k
φ −
−
Exemplo: Considere uma máquina de corrente contínua de quatro pólos, 
funcionando a 150 rotações por minuto, com constante de máquina igual a 73,53 e 
fluxo por pólo igual a 27,6mWb. Determine a tensão gerada e o torque desenvolvido 
pelo motor quando a corrente de armadura for igual a 400A. Qual a potência de 
entrada para esta máquina?
maa KE ωφ ⋅⋅=
VEa 86,3160
1502106,2753,73 3 =⋅⋅⋅⋅= − π
mNT ⋅=⋅⋅⋅= − 8,811400106,2753,73 3
aa IKT ⋅⋅= φ
kWIE aa 7,1240086,31 =⋅=⋅
Responda as questões abaixo:
1. Descreva o princípio de funcionamento do motor CC.
2.Cite as partes principais da máquina de corrente contínua.
3.Qual o componente que define se o gerador será CC ou CA.
Geradores CC
• Gerador com excitação de campo 
composta
Gerador com excitação de campo paralela
• Gerador com excitação de campo serie
Gerador com excitação de campo independente
Gerador com excitação 
independente
aaat RIEV ⋅−=
Gerador com excitação de campo 
paralela
aaat RIEV ⋅−=
fta III +=
Escorvamento em geradores CC 
com excitação de campo paralela
Gerador com excitação de campo 
série
)( fsaaat RRIEV +⋅−=
Gerador com excitação de campo 
composta
fsacaaat RIRIEV ⋅−⋅−= arg
fta III +=
Regulação de tensão em 
geradores CC
Considere um gerador cc com enrolamento de campo em paralelo cuja 
resistência é igual a 80Ω. A resistência do enrolamento de armadura é igual 
a 0,1 Ω. A potência nominal da armadura é igual a 12kW, a tensão gerada 
igual a 100V e a velocidade nominal igual a 1000rpm. Determine:
O circuito elétrico equivalente.
A tensão nos terminais do gerador.
VVt 881201,0100 =⋅−=
aaa IEP ⋅=
aaat RIEV ⋅−=
AIa 120100
000.12
==
Considerando a máquina do exercício anterior, determine a 
corrente total fornecida à carga quando o gerador fornece 
potência nominal.
accampoa III arg+=
AIcampo 1,180
88
==
AI ac 9,1181,1120arg =−=
aI
campoI acI arg
Classificação dos motores de 
corrente contínua
Motor série.
Motor derivação.
Motor de excitação composta.
Motor derivação
aaat ERIV +⋅=
fat III +=
Motor série
)( faaat RRIEV +⋅+=
sr
sra
asr
t
m K
RR
IK
V )( +
−
⋅
=ω
Motor série
• Se a carga for retirada completamente, a 
velocidade aumentará perigosamente, podendo 
até despedaçar o motor, pois a corrente 
requerida será muito pequena e o campo muito 
fraco. 
• Os motores tipo série nunca devem funcionar 
sem carga, e raramente são usados com 
transmissão por correias, em que a carga pode 
ser removida.
Motor de excitação composta
)()( fstaaat RIRIEV ⋅+⋅+=
Um motor de derivação possui uma resistência de armadura igual a 0,2 Ω, uma 
resistência de campo igual a 100 Ω, uma força contra eletromotriz igual a 100V e 
uma tensão de alimentação igual a 110V. Determine a corrente de armadura, 
a corrente de campo e a constante Ka, se o fluxo por pólo é igual a 0,02wb e a 
velocidade igual a 1200rpm.
aaat EiRV +⋅=
1002,0110 +⋅= ai Aia 50=
Aicampo 1,1100
110
==
maa KE ωφ ⋅⋅=
60
1200202,0100 ⋅⋅⋅= πaK 81,39=aK
Considere um motor série cujo enrolamento de campo possui uma resistência 
igual a 0,1 Ω e o enrolamento de armadura possui uma resistência igual a 0,25 Ω. 
Se a tensão de alimentação for igual a 230V, determine a corrente de armadura e a 
corrente de campo sabendo que a tensão gerada é igual a 225V. Determine a 
potência e o torque desenvolvido pelo motor sabendo que a velocidade é igual a 
1200 rpm.
aacampoat EiRRV +⋅+= )(
22535,0230 +⋅= ai Aia 29,14=
Aii acampo 29,14==
kWiEP aa 21,329,14225 =⋅=⋅=
NmPT 6,25
12002
603214
=
⋅
⋅
==
πω
Velocidade e inversão do sentido 
de rotação do motor
• A velocidade de um motor de corrente contínua 
depende da carga que ele movimenta.
• O sentido de rotação de um motor depende do 
sentido do campo magnético e do sentido da 
corrente na armadura. 
• Se for invertido o sentido do campo ou da corrente, 
a rotação do motor também inverterá. Entretanto, 
se os dois forem invertidos ao mesmo tempo, o 
motor continuará a girar no mesmo sentido.
Variação da velocidade de um 
motor
• A velocidade de um motor de corrente contínua depende 
da intensidade de campo magnético, do valor da tensão 
aplicada e da carga. 
• Se a intensidade de campo diminui, a velocidade 
aumenta, tentando manter o valor de força contra eletro 
motriz.
• Se o enrolamento de campo se abrisse, restaria apenas 
o magnetismo residual e a velocidade aumentaria 
perigosamente, tentando manter a força contra eletro 
motriz necessária para limitar a corrente de armadura. 
• Controle da velocidade do motor de 
corrente continua
Um motor derivação de 50cv, 250V é conectado a uma fonte de 
alimentação de 230V e fornece potência à carga drenando uma 
corrente igual a 200 A e girando a uma velocidade igual a 1200rpm. A 
resistência de armadura é igual a 0,2Ω. Determine o circuito elétrico, 
a tensão gerada, o torque sabendo que as perdas rotacionais são 
iguais a 500W e a eficiência se a resistência de campo for igual a 
115Ω.
aaat EiRV +⋅=
aE+⋅= 1982,0230
VEa 4,1906,39230 =−=
perdasPP mecel +=
12002
60)500200230(
⋅
⋅−⋅
=
−
=
πω
perdasPT el
NmT 362= 200230
6,125362
⋅
⋅
==
el
mec
P
Pη
989,0=η
Um gerador derivação, 250V, 150kW, possui resistência de campo 
igual a 50Ω e resistência de armadura igual a 0,05Ω. Calcule a 
corrente de plena carga, a corrente de campo, a corrente de armadura 
e a tensão gerada.
aaat EiRV +⋅−=
aa Ei +⋅−= 05,0250
VEa 3,28060505,0250 =⋅+=
Ait 600250
10150 3
=
⋅
=
Aiii tfa 60560050
250
=+=+=
aI
Supondo excitação de campo constante, calcule a tensão a vazio de 
um gerador com excitação independente cuja tensão de armadura é 
150V em uma velocidade de 1800 rpm, quando: a velocidade aumenta 
para 2000 rpm e quando a velocidadeé reduzida para 1600 rpm.
maa KE ωϕ ⋅⋅=
2000
2000_
1800
1800_
n
E
n
E aa =
nkEa ⋅=
20001800
150 2000_aE=
VEa 7,1662000_ =
16001800
150 1600_aE=
VEa 3,1331600_ =
A regulação de tensão de um gerador CC de 250V é 10,5%. Calcule a 
tensão do gerador sem carga.
)arg_(2
)arg_(2)arg_(2
accom
accomacsem
V
VV
R
−
=
VV acsem 3,276)arg_(2 =
250
250
105,0 )arg_(2
−
= acsem
V
A tensão sem carga de um gerador CC é 135V, e sua tensão a plena 
carga é 125V. Calcule a regulação de tensão para o gerador.
)arg_(2
)arg_(2)arg_(2
accom
accomacsem
V
VV
R
−
=
%8
125
125135
=
−
=R
	Aula 3 – MÁQUINAS CC
	MÁQUINAS CC
	Partes integrantes de uma máquina CC
	Estrutura da máquina de corrente contínua
	Estágios de Operação
	O enrolamento no qual uma fem induzida.... enrolamento de armadura
	Geração de tensão em um gerador CC elementar
	Processo de retificação mecânica. 
	Formas de onda para a tensão induzida e a tensão retificada.
	Comutador e as escovas
	Comutação adequada
	Princípio de funcionamento�Atração e repulsão entre campos
	Equações da máquina de corrente contínua
	Exemplo: Considere uma máquina de corrente contínua de quatro pólos, funcionando a 150 rotações por minuto, com constante de máquina igual a 73,53 e fluxo por pólo igual a 27,6mWb. Determine a tensão gerada e o torque desenvolvido pelo motor quando a corrente de armadura for igual a 400A. Qual a potência de entrada para esta máquina?
	Responda as questões abaixo:��1. Descreva o princípio de funcionamento do motor CC.�2.Cite as partes principais da máquina de corrente contínua.�3.Qual o componente que define se o gerador será CC ou CA.
	Geradores CC
	Gerador com excitação independente
	Gerador com excitação de campo paralela
	Escorvamento em geradores CC com excitação de campo paralela
	Gerador com excitação de campo série
	Gerador com excitação de campo composta
	Regulação de tensão em geradores CC
	Considere um gerador cc com enrolamento de campo em paralelo cuja resistência é igual a 80Ω. A resistência do enrolamento de armadura é igual a 0,1 Ω. A potência nominal da armadura é igual a 12kW, a tensão gerada igual a 100V e a velocidade nominal igual a 1000rpm. Determine:�O circuito elétrico equivalente.�A tensão nos terminais do gerador.
		Considerando a máquina do exercício anterior, determine a corrente total fornecida à carga quando o gerador fornece potência nominal.
	Classificação dos motores de corrente contínua
	Motor derivação
	Motor série
	Motor série
	Motor de excitação composta
	 Um motor de derivação possui uma resistência de armadura igual a 0,2 Ω, uma resistência de campo igual a 100 Ω, uma força contra eletromotriz igual a 100V e uma tensão de alimentação igual a 110V. Determine a corrente de armadura, �a corrente de campo e a constante Ka, se o fluxo por pólo é igual a 0,02wb e a velocidade igual a 1200rpm.
	Considere um motor série cujo enrolamento de campo possui uma resistência igual a 0,1 Ω e o enrolamento de armadura possui uma resistência igual a 0,25 Ω. Se a tensão de alimentação for igual a 230V, determine a corrente de armadura e a corrente de campo sabendo que a tensão gerada é igual a 225V. Determine a potência e o torque desenvolvido pelo motor sabendo que a velocidade é igual a 1200 rpm.
	Velocidade e inversão do sentido de rotação do motor
	Variação da velocidade de um motor
	Número do slide 34
	Um motor derivação de 50cv, 250V é conectado a uma fonte de alimentação de 230V e fornece potência à carga drenando uma corrente igual a 200 A e girando a uma velocidade igual a 1200rpm. A resistência de armadura é igual a 0,2Ω. Determine o circuito elétrico, a tensão gerada, o torque sabendo que as perdas rotacionais são iguais a 500W e a eficiência se a resistência de campo for igual a 115Ω.
	Um gerador derivação, 250V, 150kW, possui resistência de campo igual a 50Ω e resistência de armadura igual a 0,05Ω. Calcule a corrente de plena carga, a corrente de campo, a corrente de armadura e a tensão gerada.
	Supondo excitação de campo constante, calcule a tensão a vazio de um gerador com excitação independente cuja tensão de armadura é 150V em uma velocidade de 1800 rpm, quando: a velocidade aumenta para 2000 rpm e quando a velocidade é reduzida para 1600 rpm.
	A regulação de tensão de um gerador CC de 250V é 10,5%. Calcule a tensão do gerador sem carga.
	A tensão sem carga de um gerador CC é 135V, e sua tensão a plena carga é 125V. Calcule a regulação de tensão para o gerador.