ENG418 MCC A4 motores cc

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Professor: Msc. Lissandro Brito Viena
Instituição: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia (IFBA)
ENG 418
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Máquina de corrente contínua
MOTORES CC
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Força contra-eletromotriz
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Os motores cc são construídos da mesma forma que os geradores cc. Consequentemente, uma máquina cc pode operar tanto como motor quanto gerador. Considere a seguinte figura:
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Quando a chave é fechada, uma grande corrente flui pela armadura, pois sua resistência é baixa.
Os condutores individuais que constituem a armadura são submetidos a uma força já que estão imersos no interior de uma campo magnético criado pelos enrolamento de campo.
Estas forças produzem um torque provocando a rotação da armadura.
Entretanto, à medida que a máquina começa a girar tem-se outro efeito: o efeito gerador.
O valor e a polaridade da tensão induzida são os mesmos que aqueles de quando a máquina opera como gerador.
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No caso do motor, essa tensão induzida é chamada de força contra-eletromotriz, pois sua polaridade age de maneira contrária a tensão da fonte Es.
A tensão induzida é dada por:
 
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Aceleração do motor
Na partida a corrente é dada por:
À medida que a velocidade aumenta, o valor da tensão induzida aumenta (fcem), diminuindo o valor da corrente. 
Embora a corrente de armadura diminua, o motor continua a acelerar até alcançar uma velocidade máxima.
A vazio, sua velocidade produz uma força contra-eletromotriz induzida que é levemente menor que a tensão da fonte.
 
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Aceleração do motor
Assim, quando o motor opera sem carga, a força contra-eletromotriz deve ser levemente menor do que a tensão da fonte Vs para permitir que uma pequena corrente flua a fim de produzir um torque necessário. 
 
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Potência mecânica e torque
A potência mecânica e o torque são duas de suas propriedades mais importantes:
Sabemos também que:
 
Potência elétrica suprida 
a armadura
Potência mecânica 
desenvolvida 
Potência dissipada no circuito de armadura
Potência mecânica desenvolvida
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O diagrama de fluxo de potência
Uma das técnicas mais convenientes para contabilizar as perdas de potência em uma máquina é o diagrama de fluxo de potência.
O diagrama de fluxo de potência de um motor CC é mostrado na figura a seguir.
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Velocidade de rotação
Quando um motor aciona uma carga na faixa de operação a vazio e de plena carga, a queda de tensão na resistência de armadura pode ser de certa forma desprezada. Sabendo-se que:
Tensão da fonte
Fluxo dos polos de campo
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Controle de velocidade pela armadura
Considere o sistema de controle de velocidade Ward - Leonard
Tensão de saída variável
Motor de indução trifásico acionando o gerador cc
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Controle de velocidade pela armadura
Que análise podemos fazer a partir da figura do slide anterior?
Esse sistema é mais do que simplesmente um caminho de aplicação de uma tensão cc variável a armadura de um motor cc.
Ele pode forçar o motor a desenvolver o torque e a velocidade requerida pela carga.
O que pode acontecer se reduzirmos a tensão da fonte Es?
Se a tensão Es<E0, então a corrente invertida. Como resultado:
O torque do motor é invertido.
A armadura do motor fornece potência ao gerador
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Controle de velocidade pela armadura
Como resultado, o motor repentinamente torna-se um gerador e o gerador G torna-se um motor.
Pergunta: De onde vem a potência elétrica que o motor agora entrega o gerador?
Ela é originada do consumo da energia cinética da armadura que desacelera rapidamente e de sua carga mecânica conectada.
Assim pela redução da tensão da fonte Es, o motor é repentinamente forçado a reduzir a sua velocidade.
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Reversão da direção de rotação
A direção de rotação do motor cc pode ser revertida:
Pela troca das conexões de armadura.
Pela troca das conexões de ambas as conexões de campo shunt e campo série.
Situação original
Inversão da conexão de armadura para inverter a direção de rotação
Inversão das conexões de campo para inverter a direção da rotação
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Partida de um motor shunt
Se aplicarmos tensão nominal a um motor shunt inicialmente parado, a corrente de partida será muito elevada e corremos o risco de:
Queimar o enrolamento de armadura
Danificar as escovas e os comutadores devido às centelhas
É importante que todos os motores tenham mecanismo para reduzir a corrente de partida. Uma solução seria implementar o sistema mostrado a seguir:
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Partida de um motor shunt
Efeitos da partida na tensão nominal?
Por que inserir uma resistência no circuito de armadura?
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Frenagem do motor cc
Uma forma de parar o motor seria por atrito, semelhante ao processo de frenagem de um veículo.
Outro método mais elegante consiste em circular uma corrente reversa na armadura a qual irá frear o motor eletricamente.
Existem dois métodos que serão empregados para criar tal freio eletromecânico:
Dynamic braking
Plugging 
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Dynamic braking – Frenagem dinâmica
Considere uma motor shunt cujo enrolamento de campo é conectado diretamente a uma fonte de tensão.
Quando o motor está operando normalmente, a direção da corrente de armadura e a polaridade da força contra-eletromotriz induzida é mostrada acima.
FCEM
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Dynamic braking – Frenagem dinâmica
O que ocorre quando a chave for aberta?
A tensão induzida continua existindo?
Por que a velocidade diminui?
Podemos considerar agora o motor como gerador?
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Dynamic braking – Frenagem dinâmica
A chave agora é fechada para a nova posição. O que ocorrerá?
A tensão E0 fará com que circule uma corrente I2 contrária a corrente I1produzindo um torque reverso que depende do valor de I2. Este fará com que a máquina tenha uma para
suave.
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Plugging – aplicação de corrente reversa na armadura
Considere agora o sistema mostrado abaixo:
Esse método consiste em uma mudança do sentido da corrente de armadura pela troca dos terminais da fonte.
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Plugging – aplicação de corrente reversa na armadura
Em condição normal, temos a seguinte corrente circulando pela armadura:
Quando trocamos os terminais da armadura, a corrente é dada por:
Temos agora que a força contra-eletromotriz não mais age contrária a tensão da fonte e sim adiciona a ela. Isto faz circular uma elevada corrente na armadura.
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Plugging – aplicação de corrente reversa na armadura
Essa corrente reversa produzirá um torque reverso que tende a parar a armadura.
Por que inserimos o resistor no circuito de armadura?
 
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REAÇÃO DE ARMADURA
Sabemos que a corrente fluindo nos condutores do circuito de armadura também cria uma força magnetomotriz que distorce e enfraquece o fluxo proveniente dos polos da máquina. 
A ação magnética da força magnetmotriz de armadura é chamada de reação de armadura.
Distribuição do fluxo em um motor operando sem carga
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REAÇÃO DE ARMADURA
Quando um motor gira em vazio, a pequena corrente que flui pela armadura não afeta o fluxo proveniente dos polos.
Mas quando a armadura conduz sua corrente normal de operação, ela produz uma forte força magnetomotriz, a qual quando agindo sozinha produz um fluxo mostrado abaixo. 
Fluxo criado pela corrente de armadura
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REAÇÃO DE ARMADURA
No nosso exemplo, a densidade de fluxo aumenta sob a parte esquerda do polo e decresce sob a parte direita do polo.
Esta distribuição desigual produz dois efeitos importantes:
Fluxo resultante da interação dos fluxos de campo e de armadura
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REAÇÃO DE ARMADURA
Esta distribuição desigual produz dois efeitos importantes:
Deslocamento da zona neutra para esquerda contrária à direção de rotação. Isso resulta em uma comutação pobre com faíscas nas escovas.
Saturação em um dos lados do polo devido ao aumento da densidade de fluxo. Consequentemente, o aumento da densidade de fluxo sob o lado esquerdo é menor do que decréscimo do fluxo no lado direito. O fluxo phi3 a plena carga é menor do que o fluxo phi1 a vazio. 
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POLOS DE COMUTAÇÃO
Em oposição ao efeito da reação de armadura e assim melhorando a comutação, colocam-se um conjunto de polos de comutação entre os polos principais.
Como no caso do gerador, esses polos produzem uma força magnetomotriz igual e oposta a força magnetomotriz de armadura.
A neutralização da fmm de armadura é restrita à pequena zona coberta pelos polos de comutação onde a comutação ocorre. 
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ENROLAMENTOS DE COMPENSAÇÃO
Em oposição ao efeito da reação de armadura e assim melhorando a comutação, colocam-se um conjunto de polos de comutação entre os polos principais.
Como no caso do gerador, esses polos produzem uma força magnetomotriz igual e oposta a força magnetomotriz de armadura.
A neutralização da fmm de armadura é restrita à pequena zona coberta pelos polos de comutação onde a comutação ocorre. 
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