Motor CC - Configuração Shunt

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MÁQUINAS ELÉTRICAS
Máquina de Corrente Contínua - MOTOR DC
Os motores de corrente contínua são máquinas cc/dc usadas
como motores. Como discutido nas leituras sobre gerador, a
mesma máquina física pode atuar tanto como motor quanto
gerador. A diferença está na direção do fluxo de potência.
ESTUDAREMOS NESSA SEÇÃO OS VÁRIOS TIPOS
DE MÁQUINAS CC UTILIZADAS COMO MOTOR.
TIPOS DE MOTORES DC
1. Motor cc de excitação separada
2. Motor cc shunt
3. Motor cc de ímã permanente
4. Motor série
5. Motor composto
TIPOS DE MOTORES DC
Circuito equivalente de um motor dc
Como o motor cc é a mesma máquina física do gerador cc, seu
circuito equivalente é exatamente o mesmo do gerador com
exceção da direção do fluxo de corrente.
A tensão interna gerada na máquina é dada abaixo:
EA=KΦω
O torque desenvolvido pela máquina é dado por:
T=KΦIA
As duas equações acima, juntamente com a lei de Kirchhoff do
circuito de armadura e a curva de magnetização da máquina
são ferramentas necessárias para analisar o comportamento e o
desempenho de um motor cc.
MOTORES SHUNT E DE EXCITAÇÃO SEPARADA
Um motor cc de excitação separada pode ser definido como
aquele cujo circuito de campo é suprido a partir de uma fonte
de potência constante.
No caso de um motor shunt, o circuito de campo é alimentado
diretamente através dos terminais de armadura do motor.
A Fig.1 mostra o circuito equivalente de um motor cc de
excitação separada, enquanto a Fig.2 mostra o do shunt.
Obs: Quando a tensão de alimentação do motor é assumida
constante não existe diferença real entre o comportamento das
duas máquinas.
MOTORES SHUNT E DE EXCITAÇÃO SEPARADA
Características terminais de um Motor Shunt CC
A característica de terminal (saída) é um gráfico que relaciona
as variáveis de saída entre si.
Para o motor, as variáveis de saída são o torque no eixo e a
velocidade. Ou seja, é o gráfico do torque de saída versus
velocidade.
A pergunta é: Como um motor shunt responde a aplicação da
carga ?
Suponha que a carga no eixo do motor é elevada. Então o
torque da carga excederá o torque desenvolvido da máquina, e
dessa forma ocorrerá uma redução da velocidade.
Acontece que quando a velocidade do motor diminui, há uma
queda na tensão interna EA = KΦω Entretanto, a corrente de
armadura IA = (VT – EA )/RA aumenta. Como a corrente de
armadura aumenta, o torque desenvolvido no motor aumenta
Tdes = KΦIA . E finalmente, o torque desenvolvido igualará ao
torque da carga em uma velocidade mecânica de rotação
menor.
A dedução da equação que relaciona a velocidade e o torque
interno desenvolvido é mostrada abaixo:
GRÁFICO QUE ILUSTRA O COMPORTAMENTO
DA CARACTERÍSTICA x VELOCIDADE
No gráfico (a) a máquina apresenta enrolamento de
compensação que tem o objetivo de anular o efeito causado
pela reação de armadura.
No gráfico (b), apresenta o comportamento com o fenômeno
da reação de armadura que reduz o fluxo na máquina. Essa
redução provoca aumento da velocidade.
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
Como é possível controlar a velocidade de um motor cc shunt
?
1) Ajuste da resistência de campo ( e assim o fluxo de campo)
2) Ajuste da tensão terminal aplicada a armadura
3) Inserindo resistores em série no circuito de armadura
Mudança na resistência de campo
Para compreender o que acontece quando a resistência de
campo é variada, assuma que a resistência de campo aumenta.
Se a resistência de campo aumenta, então a corrente de campo
diminui.
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
IF = VT / RF
Com a redução da corrente de campo,o fluxo também
diminui.
 Uma redução no fluxo causa uma redução instantânea na
tensão interna gerada EA=KΦω, causando um grande aumento
na corrente de armadura da máquina.
IA = (VT – EA )/RA
 O torque no motor é dado por Tdes=KΦω. Desde que o fluxo
na máquina diminui enquanto a corrente de armadura aumenta,
o que prevalecerá ?
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
O aumento da corrente predomina sobre o decréscimo no
fluxo, e o torque desenvolvido aumenta:
Tdes=KΦIA
 Desde que o torque desenvolvido é maior que o torque de
carga, a velocidade do motor aumenta.
 Entretanto, quando a velocidade aumenta a tensão interna
também aumenta o que provoca uma redução da corrente de
armadura.
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
 A redução da corrente de armadura faz com que o torque
desenvolvido também se reduza. E finalmente, mai uma vez o
torque se iguala ao torque de carga numa velocidade mais alta
que a velocidade inicial.
RESUMO DO CONTROLE DE VELOCIDADE
ATRAVÉS DO REOSTATO DE CAMPO
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
Variação da tensão de armadura
Nesse método, envolve a mudança na tensão aplicada à
armadura sem mudar a tensão aplicada ao campo.
Semelhante ao caso de excitação separada.
=k IA 
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
 Quando a velocidade aumenta, a tensão interna gerada EA
aumenta, o que provoca a redução da corrente de armadura.
 A redução da corrente de armadura provoca a redução do
torque desenvolvido internamente, fazendo com que o torque
desenvolvido seja igual ao torque resistente (torque da carga),
entretanto numa velocidade superior.
AE k 
=k IA 
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
RESUMO SOBRE O CONTROLE DE VELOCIDADE
ATRAVÉS DA TENSÃO DE ARMADURA
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
O gráfico acima mostra o efeito na velocidade quando
aumenta-se a tensão de armadura.
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
Inserindo um resistor em série com o circuito de armadura
.
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
No controle através da resistência de campo, quanto menor a
corrente de campo mais rápido o motor gira. Isto se aplica
também ao motor de excitação separada.
Já o aumento da corrente de campo causa um decréscimo da
velocidade e por este motivo existe uma velocidade mínima
que se consegue atingir através deste controle. O aumento da
corrente de campo será limitada pelo limite de aquecimento
dos enrolamento de campo.
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
VELOCIDADE BASE
Se o motor estiver operando com sua tensão terminal nominal,
potência e corrente de campo então ele está funcionando na
velocidade nominal, também conhecida como velocidade
base.
Através da resistência de campo pode controlar a
velocidade do motor acima da velocidade base, mas não
para velocidades abaixo da base.
Por que? 
CONTROLE DE VELOCIDADE DE
MOTORES CC SHUNT
Através da armadura, pode-se controlar a velocidade do
motor para velocidades abaixo da velocidade base, mas não
para velocidade acima da base.
Por que?
.
MOTOR SÉRIE
Torque desenvolvido no motor cc série
Sabemos que o torque desenvolvido pela máquina é dado por:
De maneira simplificada, o fluxo é proporcional a corrente
de armadura.
T A A A SV E I (R R )  
Ak I  
De maneira simplificada, o fluxo é proporcional a corrente
de armadura.
Substituindo a equação acima na equação do torque
desenvolvido.
Como podemos interpretar a equação acima?
Característica terminal de um motor cc série
Para encontrar a característica terminal de um motor cc série, a
análise será feita baseando-se no comportamento linear da
curva de magnetização.
AcI 
2
A Ak I kcI   
A suposição para curva de magnetização linear implica que o
fluxo no motor é dado por:
A dedução da característica torque-velocidade é estabelecida a
partir da lei de Kirchhoff:
Da equação , a corrente de armadura é dada por:
Como , substituindo na equaçãogeral da máquina:
AcI 
T A A A SV E I (R R )  
2
A Ak I kcI   
AI
kc


AE k 
 T A SV k R R
kc

  
A corrente de armadura é dada por:
O torque desenvolvido é dado por:
O fluxo pode ser calculado como:
.
AI
c


2k
c
  
c
k
  
.
 T A SV k R R
kc

  
c
k
  
 T A S
c
V k R R
k kc

  
 
 
A S
T
A ST
R R
kc V
kc
R RV
kckc

   

  

Gráfico que ilustra a característica velocidade x torque de um
motor série.
.
Quais conclusões podemos tirar sobre o gráfico?
MOTOR COMPOSTO CUMULATIVO
.
a) Shunt longa
b) Shunt curta
MOTOR COMPOSTO CUMULATIVO
A lei Kirchhoff para o motor composto:
A força magnetomotriz resultante é dada por:
O sinal positivo está associado com o motor composto
cumulativo e o sinal negativo com o composto diferencial.
.
T A A A SV E I (R R )  
R SH SEF F F 
MOTOR COMPOSTO CUMULATIVO