Máquinas I - Máquinas elétricas CC

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MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA 
• INTRODUÇÃO 
 
• Geradores de corrente contínua (dínamos)  Pouca utilização 
 
• Motores de corrente contínua  Aplicações: 
• Acionamentos, onde se requerem largas faixas de variação de 
velocidade de forma contínua 
• Cargas que necessitam torque constante ou variável 
• Onde rápidas acelerações, desacelerações ou reversões de 
velocidade sejam requeridas 
• Onde há necessidade de controle de velocidade preciso 
 
• Desvantagens: elevado custo inicial, manutenção mais 
frequente e problemas de comutação 
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MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA 
• PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO (OPERAÇÃO MOTORA) 
 
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MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA 
• PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO (OPERAÇÃO MOTORA) 
 
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• PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO (OPERAÇÃO MOTORA) 
 
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• PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO (OPERAÇÃO MOTORA) 
 
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• ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
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• ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
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• ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
• Estator 
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• ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
• Estator 
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• ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
• Armadura 
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• ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
• Armadura 
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• ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
• Armadura 
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• ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
• Escovas 
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• MÁQUINA CC SIMPLES DE UMA ESPIRA 
 
• Tensão induzida em uma espira giratória 
Rotor 
Estator 
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• MÁQUINA CC SIMPLES DE UMA ESPIRA 
 
• Espira simples imersa em um campo magnético uniforme 
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• MÁQUINA CC SIMPLES DE UMA ESPIRA 
 
• Tensão induzida em uma espira giratória 
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• MÁQUINA CC SIMPLES DE UMA ESPIRA 
 
• Tensão induzida em uma espira giratória 
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• MÁQUINA CC SIMPLES DE UMA ESPIRA 
 
• Tensão induzida em uma espira giratória 
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• MÁQUINA CC SIMPLES DE UMA ESPIRA 
 
• Tensão induzida CC em uma espira giratória 
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• MÁQUINA CC SIMPLES DE UMA ESPIRA 
 
• Torque induzido em uma espira giratória 
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• MÁQUINA CC SIMPLES DE UMA ESPIRA 
 
• Torque induzido em uma espira giratória 
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• MÁQUINA CC SIMPLES 
 
• Comutação em máquinas de 4 espiras 
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• MÁQUINA CC SIMPLES 
 
• Comutação em máquinas de 4 espiras 
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• MÁQUINA CC SIMPLES 
 
• Comutação em máquinas de 4 espiras 
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• MÁQUINA CC SIMPLES 
 
• Comutação em máquinas de 4 espiras 
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• MÁQUINA CC SIMPLES 
 
• Comutação em máquinas de 4 espiras 
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• MÁQUINA CC SIMPLES 
 
• Comutação em máquinas de 4 espiras 
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Comutação é o processo de troca de conexões da 
espira de um rotor de uma máquina CC, ao mesmo 
tempo em que há troca de polaridade da tensão na 
espira, de tal forma a manter uma tensão de saída CC 
essencialmente constante 
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 Comutador (usualmente fabricado em barras 
de cobre) 
 Escova (usualmente fabricada em 
compostos que contém grafite) 
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• MÁQUINA CC REAL 
 
• Tipo de conexão das espiras do rotor aos segmentos do 
comutador  afetam o número de caminhos paralelos de 
corrente que existem no rotor, a tensão de saída e o número e 
a posição das escovas 
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• MÁQUINA CC REAL 
 
• Bobinas do rotor 
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• MÁQUINA CC REAL 
 
• Enrolamento imbricado 
Progressivo Regressivo 
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• MÁQUINA CC REAL 
 
• Enrolamento imbricado 
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• MÁQUINA CC REAL 
 
• Enrolamento imbricado 
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• MÁQUINA CC REAL 
 
• Enrolamento ondulado 
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• MÁQUINA CC REAL 
 
• Enrolamento ondulado 
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• MÁQUINA CC REAL 
 
• Enrolamento imbricado vs. Enrolamento ondulado 
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• PROBLEMAS DE COMUTAÇÃO EM MÁQUINAS CC 
 
• Reação de armadura 
 Distorção do fluxo magnético na máquina, originado pela 
interação entre o fluxo magnético produzido pelos 
enrolamentos de campo e o fluxo magnético produzido pelos 
enrolamentos de armadura, ao ser percorrida por uma corrente 
 
 
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• PROBLEMAS DE COMUTAÇÃO EM MÁQUINAS CC 
 
• Reação de armadura – Deslocamento do Plano Neutro 
 
 
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• PROBLEMAS DE COMUTAÇÃO EM MÁQUINAS CC 
 
• Reação de armadura – Deslocamento do Plano Neutro 
 
 
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• PROBLEMAS DE COMUTAÇÃO EM MÁQUINAS CC 
 
• Reação de armadura – Deslocamento do Plano Neutro 
 
• Consequências: 
• Tensão diferente de zero quando as escovas curto-circuitam os 
segmentos do comutador 
 
• Corrente circulando entre os segmentos causam faíscas nas 
escovas e, em casos extremos, até mesmo arcos 
 
• Redução da vida útil das escovas e aumento de custos de 
manutenção 
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• PROBLEMAS DE COMUTAÇÃO EM MÁQUINAS CC 
 
• Reação de armadura – Enfraquecimento de fluxo 
 
• Consequências: 
• Em geradores, tendem a reduzir a tensão suprida à carga 
 
• Em motores, tendem a elevar sua velocidade de rotação, o que 
resulta em aumento de sua carga, o que gera um enfraqueci-
mento de fluxo ainda maior 
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• PROBLEMAS DE COMUTAÇÃO EM MÁQUINAS CC 
 
• Pólos de comutação (interpolos) 
interpolos 
interpolos 
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• Interpolos 
 
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• PROBLEMAS DE COMUTAÇÃO EM MÁQUINAS CC 
 
• Enrolamentos de compensação 
enrolamentos de 
compensação 
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• Enrolamentos de Compensação 
 
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• TENSÃO E TORQUE EM MÁQUINAS CC 
 
• Tensão Induzida 
 
• Depende de 3 fatores: 
 
• O fluxo magnético  na máquina 
 
• A velocidade de rotação  do rotor da máquina 
 
• Uma constante dependente do tipo construtivo da máquina 
 
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• PROBLEMAS DE COMUTAÇÃO EM MÁQUINAS CC 
 
• Soluções 
 
• Deslocamento das escovas 
 
• Pólos de comutação (interpolos) 
 
• Enrolamentos de compensação 
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• TENSÃO E TORQUE EM MÁQUINAS CC 
 
• Tensão Induzida 
 Tensão induzida em um único condutor 
 Tensão induzida na armadura da máquina 
Z  Número total de condutores 
a  Número de caminhos de corrente 
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• TENSÃO E TORQUE EM MÁQUINAS CC 
 
• Tensão Induzida 
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• PROBLEMAS DE COMUTAÇÃO EM MÁQUINAS CC 
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• TENSÃO E TORQUE EM MÁQUINAS CC 
 
• Tensão Induzida 
 em rad/s 
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• TENSÃO E TORQUE EM MÁQUINAS CC 
 
• Tensão Induzida 
n em rpm 
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• TENSÃO E TORQUE EM MÁQUINAS CC 
 
• Torque 
 
• Depende de 3 fatores: 
 
• O fluxo magnético  na máquina 
 
• A corrente de armadura (ou rotórica) IA da máquina 
 
• Uma constante dependente do tipo construtivo da máquina 
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• TENSÃO E TORQUE EM MÁQUINAS CC 
 
• Torque 
 Torque em um único condutor 
 Torque induzido na armadura da máquina 
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• TENSÃO E TORQUE EM MÁQUINAS CC 
 
• Torque 
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• FLUXO DE POTÊNCIA E PERDAS EM MÁQUINAS CC 
 
• Eficiência de uma máquina elétrica 
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• FLUXO DE POTÊNCIA E PERDAS EM MÁQUINAS CC 
 
• Perdas 
 
• Perdas elétricas ou no cobre (I2R) 
 
• Perdas nas escovas 
 
• Perdas no núcleo 
 
• Perdas mecânicas 
 
• Perdas suplementares 
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• FLUXO DE POTÊNCIA E PERDAS EM MÁQUINAS CC 
 
• Perdas elétricas ou no cobre (I2R) 
 Perdas no enrolamento de armadura 
 Perdas no enrolamento de campo 
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• FLUXO DE POTÊNCIA E PERDAS EM MÁQUINAS CC 
 
• Perdas nas escovas 
VB  Queda de tensão nas escovas (usualmente igual a 2 V) 
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• FLUXO DE POTÊNCIA E PERDAS EM MÁQUINAS CC 
 
• Perdas no núcleo 
 
• Perdas por histerese 
 
• Perdas devido às correntes parasitas 
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• FLUXO DE POTÊNCIA E PERDAS EM MÁQUINAS CC 
 
• Perdas mecânicas 
 
• Perdas por atrito 
 
• Perdas devidas a folgas 
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E TECNOLOGIA DO PARÁ 
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• FLUXO DE POTÊNCIA E PERDAS EM MÁQUINAS CC 
 
• Perdas suplementares 
 
• Demais perdas que não são enquadradas em nenhuma das 
categorias anteriores (usualmente consideradas iguais a 1% da 
potência da máquina à plena carga) 
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• FLUXO DE POTÊNCIA E PERDAS EM MÁQUINAS CC 
Perdas 
Suplementares 
Perdas 
Mecânicas 
Perdas no 
Núcleo 
 
Perdas 
Elétricas e 
nas escovas 
Gerador 
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• FLUXO DE POTÊNCIA E PERDAS EM MÁQUINAS CC 
Perdas 
Suplementares 
 
Perdas 
Mecânicas 
 
Perdas no 
Núcleo 
 
Perdas 
Elétricas e nas 
escovas 
Motor 
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MOTOR CC 
• REGULAÇÃO DE VELOCIDADE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 SR: regulação de velocidade 
 n1, nn1: velocidade sem carga (rad/s, rpm) 
 f1, nf1: velocidade a plena carga (rad/s, rpm) 
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MOTOR CC 
• REGULAÇÃO DE VELOCIDADE 
 
 
 SR positiva  a velocidade do motor reduz com o aumento da 
carga 
 
 
 SR negativa  a velocidade do motor aumenta com o aumento 
da carga 
 
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MOTOR CC 
• SISTEMAS DE EXCITAÇÃO 
 
 
• Motor CC de excitação independente 
 
• Motor CC shunt 
 
• Motor CC a imãs permanentes 
 
• Motor CC série 
 
• Motor CC composto 
 
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MOTOR CC 
• CIRCUITO EQUIVALENTE 
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MOTOR CC 
• CIRCUITO EQUIVALENTE 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• CIRCUITO EQUIVALENTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lei das Tensões de Kirchhoff 
 
 
Curva de Magnetização da Máquina 
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MOTOR CC 
• CURVA DE MAGNETIZAÇÃO DA MÁQUINA 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE 
 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
 
• Características terminais: curva que relaciona as grandezas 
características de saída da máquina 
 
 
• Para um motor: torque e velocidade 
 
 
• Curva  versus  
 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
 
• Resposta de um motor CC shunt a variações de carga 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
 
• Características terminais 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
 
• Características terminais 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
 
• Características terminais 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
 
• Controle de Velocidade 
 
 
1. Ajuste da resistência de campo RF 
 
 
2. Ajuste da tensão terminal aplicada à armadura 
 
 
3. Inserção de um resistor em série com o circuito da armadura 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
• Controle de Velocidade 
1. Ajuste da resistência de campo RF 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
• Controle de Velocidade 
1. Ajuste da resistência de campo RF 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
• Controle de Velocidade 
1. Ajuste da resistência de campo RF 
 Exemplo 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
• Controle de Velocidade 
1. Ajuste da resistência de campo RF 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
• Controle de Velocidade 
2. Ajuste da tensão terminal aplicada à armadura 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
• Controle de Velocidade 
2. Ajuste da tensão terminal aplicada à armadura 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
• Controle de Velocidade 
2. Ajuste da tensão terminal aplicada à armadura 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SHUNT 
• Controle de Velocidade 
3. Inserção de um resistor em série com o circuito da armadura 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC A IMÃS PERMANENTES 
 
 
• Características basicamente idênticas a de motores CC shunt 
 
 
• Exceção: o fluxo é constante, ou seja, não se pode controlar a 
velocidade de motores CC a imãs permanentes através da 
variação da corrente de campo 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SÉRIE 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SÉRIE 
 
• Torque induzido 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SÉRIE 
 
• Características terminais 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SÉRIE 
 
• Características terminais 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SÉRIE 
 
• Características terminais 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC SÉRIE 
 
• Controle de Velocidade 
 
 
1. Ajuste da tensão terminal do motor 
 
 
 
2. Inserção de um resistor em série com o circuito da armadura 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO 
 Conexão shunt longa 
 Conexão shunt curta 
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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL 
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DO PARÁ 
MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO ACUMULATIVO 
 
• Características Terminais (torque e velocidade) 
 
 
Componente de fluxo constante 
(característica do motor shunt) 
 
+ 
 
Componente de fluxo proporcional à corrente na armadura 
(característica do motor série) 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO ACUMULATIVO 
 
• Características Terminais (torque e velocidade) 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO DIFERENCIAL 
 
• Características Terminais (torque e velocidade) 
 
 
Força magnetomotriz shunt 
 
_ 
 
 
Força magnetomotriz série 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO DIFERENCIAL 
 
• Características Terminais (torque e velocidade) 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO 
 
• Análises Gráficas 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO 
 
• Análises Gráficas 
a) Qual a corrente de campo shunt na máquina sem carga? 
 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO 
 
• Análises Gráficas 
b) Se o motor é composto acumulativo, qual sua velocidade 
quando IA = 200 A? 
 
0 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO 
 
• Análises Gráficas 
c) Se o motor é composto diferencial, qual sua velocidade 
quando IA = 200 A? 
 
0 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• MOTOR CC COMPOSTO ACUMULATIVO 
 
• Controle de Velocidade 
 
 
1. Ajuste da resistência de campo RF 
 
 
2. Ajuste da tensão terminal aplicada à armadura 
 
 
3. Inserção de um resistor em série com o circuito da armadura 
 
MEC – SETEC 
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MOTOR CC 
• EFICIÊNCIA DE MOTORES CC 
 
• Perdas 
 
• Perdas no cobre (I2R) 
 
• Perdas devido a queda de tensão nas escovas 
 
• Perdas mecânicas 
 
• Perdas no núcleo 
 
• Perdas suplementares 
MEC – SETEC 
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GERADOR CC 
• CIRCUITO EQUIVALENTE 
MEC – SETEC 
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GERADOR CC 
• CIRCUITO EQUIVALENTE 
• Gerador CC de excitação independente 
MEC – SETEC 
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GERADOR CC 
• REGULAÇÃO DE TENSÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 VR: regulação de tensão 
 Vn1: tensão sem carga (V) 
 Vf1: tensão a plena carga (V)