Aula 13 - Introdução Máquinas CC

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24/07/2014 
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Máquinas CC 
Prof. Dr. Moacyr Brito 
 Um Motor elétrico é uma máquina destinada 
a transformar energia elétrica em mecânica. 
 
 É o mais usado de todos os tipos de 
motores, pois combina as vantagens da 
energia elétrica, facilidade de transporte, 
limpeza e simplicidade de comando, com sua 
construção simples, custo reduzido, grande 
versatilidade de adaptação às cargas dos 
mais diversos tipos e melhores rendimentos. 
 A utilização em grande escala de motores 
elétricos se deve em grande parte ao tipo de 
energia utilizada (energia elétrica), considerada 
uma energia limpa e de baixo custo. 
 
 Estima-se que cerca de 40% da energia elétrica 
consumida no país é destinada ao acionamento 
de motores elétricos em geral. 
 Busca-se então redução do uso de combustíveis 
fósseis (carvão, gás, petróleo) 
 
 Porque então os automóveis não são movidos 
totalmente por motores elétricos ? 
 
 Uso de baterias e circuitos de carga ainda trazem soluções 
pesadas, volumosas e de alto custo! 
 
 Tecnologia Híbrida para o acionamento dos 
veículos 
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 Divisão básica das Máquinas Elétricas 
 
◦ Máquinas de Corrente Alternada 
 Máquinas Síncronas 
 Quando a velocidade do eixo está em sincronismo com a 
frequência da tensão elétrica 
 
 Máquinas Assíncronas 
 Operam em velocidade diferente da freq. da rede. 
Quando as correntes no rotor surgem apenas pela indução 
magnética (INDUÇÃO). 
 
◦ 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. 
 Como produzir tensão contínua 
◦ Retificador 
 Não controlado - diodos 
 Controlado - Tiristores 
 Alteração do valor médio 
 
 Conversor CC-CC 
 Alteração do valor médio 
 
 
? 
 
 
 Típico acionamento de um motor CC 
 
 
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 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. 
 Apesar disso, devido às suas características e vantagens, o motor 
de CC ainda se mostra a melhor opção em inúmeras aplicações, 
tais como: 
 
 . Máquinas de Papel 
 · Bobinadeiras e desbobinadeiras 
 · Laminadores 
 · Máquinas de Impressão 
 · Extrusoras 
 · Prensas 
 · Elevadores 
 · Movimentação e Elevação de Cargas 
 · Moinhos de rolos 
 · Indústria de Borracha 
 · Mesa de testes de motores 
 Acionamento em Corrente Contínua 
 
 
◦ Dependendo da aplicação, os acionamentos em 
corrente contínua são geralmente os que 
apresentam os maiores benefícios, também em 
termos de confiabilidade, operação amigável e 
dinâmica de controle. 
 Vantagens 
 
◦ · Operação em 4 quadrantes com custos relativamente 
mais baixos 
◦ · 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 
◦ · Confiabilidade 
◦ · Flexibilidade (vários tipos de excitação) 
◦ ·Relativa simplicidade dos modernos conversores 
CA/CC. 
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 Vantagens 
 
◦ Controle fino de torque 
 
◦ Controle fino de velocidade 
 
◦ Podem funcionar com velocidades ajustáveis entre amplos 
limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e 
precisão 
 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) 
◦ · Baixa tensão de alimentação CC 
◦ · Necessidade de medidas especiais de partida, 
mesmo em máquinas pequenas. 
 Pólo Magnético 
◦ Norte 
◦ Sul 
 
◦ Pólos iguais se repelem 
◦ Pólos opostos se atraem 
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 Direção das Linhas de Campo 
 
◦ As linhas de campo magnético saem do pólo norte 
e se dirigem ao pólo sul. 
 Força Magnética 
 
◦ Um condutor transportando corrente elétrica e 
atravessado por um fluxo magnético fica 
submetido a uma força de natureza 
eletromagnética 
 Força Magnética 
 
◦ Regra da mão direita X Regra da mão esquerda 
? 
 
 
F i dlX B
  

Regra da mão direita 
Regra da mão esq 
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 Ação Motora -> injeta-se a corrente em um fio 
dentro de um campo magnético e se verifica a 
direção da força resultante 
 
◦ Regra da mão esquerda 
 Máquina Elementar 
 
◦ Eletroimã – Campo magnético provido pelo material 
ferromagnético quando uma corrente circula pelas várias 
espiras. 
 Sapatas Polares 
Enrolamento de 
campo 
 
 Enrolamento de 
armadura -> pode 
girar livremente 
dentro do campo 
magnético 
 Rotação 
? 
 
 
 Tensão Induzida 
 
◦ Quando o condutor se move num campo 
magnético também há a criação de uma tensão 
induzida que se opõe à variacão que a produziu. 
 
◦ Também chamada de força contra-eletromotriz 
( )e v X B
  

 Regra da mão direita para gerador 
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 Fem aplicada e Fcem induzida 
 
 O princípio fundamental em que os motores 
eletromagnéticos são baseados é que há uma 
força mecânica em todo fio quando está 
conduzindo corrente elétrica imersa em um 
campo magnético. A força é perpendicular ao 
fio e ao campo magnético. Em um motor 
giratório, há um elemento girante, o rotor. O 
rotor gira porque os fios e o campo 
magnético são arranjados de modo que um 
torque seja desenvolvido sobre a linha central 
do rotor. 
 Pólo Magnético  Estator 
 
◦ Parte fixa da máquina 
 
◦ Contém um enrolamento (chamado campo), que é 
alimentado diretamente por uma fonte de tensão 
contínua; no caso de pequenos motores, o estator pode 
ser um simples imã permanente. 
 
 
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 Rotor 
◦ Parte girante da máquina 
◦ Contém um enrolamento (chamado armadura), que 
é alimentado por uma fonte de tensão contínua 
através do comutador e escovas de grafite. 
 
 Comutador 
 
 Sua função é trocar periodicamente o sentido da 
corrente na armadura de tal modo a garantir que o 
torque tenha sempre o mesmo sentido e impeça que 
a armadura fique parada em uma posição de 
equilíbrio. 
 
 Grau de Proteção - Curiosidade 
 
 As normas internacionais, tais como a DIN 40050, IEC 
34-5 e VDE 0530/5, classificam os diferentes graus de 
proteção mecânica para os equipamentos elétricos. No 
Brasil, a norma vigente é a ABNT NBR 6146 (baseada na 
IEC 34-5), que além de classificar os graus de proteção, 
fornece os métodos de ensaio correspondentes. 
 O grau de proteção mecânica é identificado pelas letras 
“IP” seguidas de 2 algarismos característicos, podendo 
ainda, ou não, ser complementado por letras adicionais. 
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 Grau de Proteção 
 
Intermediárias 
 
· W: utilizada para condições atmosféricas específicas, segundo um acordo 
entre fabricante e usuário. Comumente utilizada para designar “máquinas a prova 
de tempo”, IPW 23, IPW 24 ou IPW 55. 
 
· R: Utilizada especificamente para designar máquinas com ventilação 
através de dutos (IPR 23 ou IPR 44). Esta letra não está padronizada pela ABNT 
NBR 6146. 
Primeirodígito 
Proteção contra 
sólidos 
Segundo dígito 
Proteção contra 
líquidos 
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Finais 
 
· S: indica que a máquina deve resistir ao ensaio de penetração de água em 
condições estáticas. 
 
· M: Idem, em funcionamento. 
IP 55 
 Proteção contra pó 
 Jatos de água moderados 
 
 
IP 23 
 Proteção contra sólidos 
 Pingos de água 
 
 
As perdas elétricas e mecânicas em motores elétricos 
ocorrem com a subseqüente transformação de tais 
perdas em energia térmica ocasionando o 
aquecimento das diversas partes da máquina. Para 
assegurar adequada operação da máquina, o 
aquecimento de cada uma de suas partes necessita 
ser mantido dentro de valores compatíveis. 
 
 
A maior limitação é garantir adequado desempenho do 
sistema isolante dos enrolamentos, pois todos os 
materiais isolantes conhecidos começam a deteriorar a 
uma temperatura relativamente baixa. 
 
Dessa forma, a máxima potência disponível em dado 
motor é limitada pela máxima temperatura permissível 
para os materiais isolantes empregados. Os materiais 
isolantes que são presentemente utilizados em 
máquinas elétricas podem ser classificados 
termicamente. 
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· Classe A – Temperatura característica é de 105º C. 
 
· Classe E – Temperatura característica é de 120º C. 
 
· Classe B – Temperatura característica é de 130º C. 
 
· Classe F – Temperatura característica é de 155º C. 
 
· Classe H – Temperatura característica de 180º C. 
Os materiais de classes B e F são usuais hoje, nos mercados nacional e 
internacional de motores elétricos; por razões econômicas, a utilização de 
materiais classe H é restrita principalmente a máquinas de corrente 
contínua, onde a redução na massa dos motores obtida com a utilização 
de materiais dessa classe apresenta vantagens de custo. 
· Modelo e ligações da Máquina de CC