maquinas eletricas (4)

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MÁQUINAS ELÉTRICAS
UNIDADE IV
MOTORES CORRENTE CONTÍNUA (CC)
	O motor é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica de rotação. 
COMPONENTES
A – ARMADURA
	A armadura recebe a corrente proveniente de uma força elétrica externa. Sua constituição física é idêntica ao do gerador, ou seja, é o núcleo rotativo, também chamado de rotor.
B – COMUTADOR
	Sua função no motor é de receber a fonte elétrica externa para levar até a armadura. O comutador é constituído por segmentos de cobre com um par de segmentos para cada enrolamento da armadura. Cada segmento do comutador é isolado dos demais por meio de lâminas de mica. Os segmentos são montados em torno do eixo da armadura e são isolados do eixo e do ferro da armadura. No chassi da máquina são montados duas escovas fixas, que permitem contatos com segmentos opostos do comutador.
C – ESCOVAS
	São conectores de grafitas fixos, montados sobre molas que permitem que eles deslizem ( “ou escovem” ) sobre o comutador no eixo da armadura. Assim, as escovas servem de contato entre os enrolamentos da armadura e a carga externa. No motor, sua função é servir de contato entre os enrolamentos da armadura ligados no comutador e a fonte elétrica externa.
D –ENROLAMENTO DE CAMPO
	É um eletroímã que produz o fluxo interceptado pela armadura. A fonte de corrente de campo pode ser separada, chamada de excitador, ou proveniente da própria armadura.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR
	Aplicando-se uma FEM na armadura do motor circulará uma corrente elétrica nos condutores da armadura. Esta corrente elétrica criará em torno de si um campo magnético que, de acordo com o sentido da corrente no condutor produzirá duas forças de sentidos contrários, uma para cima e outra para baixo. As duas forças agindo desta forma, produz um Torque que faz a armadura girar.
	O campo magnético e a corrente que circula na armadura, determinam o sentido de rotação da armadura, que podem ser horário e anti-horário.
rotação
						 F
					 F
		comutador
						 escovas
	I						 I
					 Fonte externa
SENTIDO DE ROTAÇÃO DA ARMADURA
	Usa-se a regra da mão esquerda da seguinte maneira: com o polegar, o indicador e o médio da mão esquerda perpendiculares entre si, aponte o indicador no sentido do campo magnético e o dedo médio no sentido da corrente que passa no condutor; o polegar indicará o sentido em que o condutor tende a se deslocar.
			 F
Motores CC
Fazer um motor elétrico que possa ser acionado por pilhas ou baterias não é tão fácil como parece. Não basta apenas colocar ímãs permanentes fixos e uma bobina, pela qual circule corrente elétrica, de modo que possa girar entre os pólos desses ímãs. 
Uma corrente contínua, como o é a fornecida por pilhas ou baterias, é muito boa para fazer eletroímãs com pólos imutáveis mas, como para o funcionamento do motor é preciso periódicas mudanças de polaridade, algo tem que ser feito para inverter o sentido da corrente nos momentos apropriados.
Na maioria dos motores elétricos CC, o rotor é um 'eletroímã' que gira entre os pólos de ímãs permanentes estacionários. Para tornar esse eletroímã mais eficiente o rotor contém um núcleo de ferro, que torna-se fortemente magnetizado, quando a corrente flui pela bobina. O rotor girará desde que essa corrente inverta seu sentido de percurso cada vez que seus pólos alcançam os pólos opostos do estator. 
O modo mais comum para produzir essas reversões é usar um comutador.
	
	
	A corrente flui ora num sentido ora no outro, no rotor desse motor CC, graças às escovas de metal (esquerda da ilustração). Essas escovas tocam o comutador do rotor de forma que a corrente inverte seu sentido a cada meia volta do rotor. 
Em sua forma mais simples, um comutador apresenta duas placas de cobre encurvadas e fixadas (isoladamente) no eixo do rotor; os terminais do enrolamento da bobina são soldados nessas placas. A corrente elétrica 'chega' por uma das escovas (+), 'entra' pela placa do comutador, 'passa' pela bobina do rotor, 'sai' pela outra placa do comutador e 'retorna' á fonte pela outra escova (-). Nessa etapa o rotor realiza sua primeira meia-volta. Eis um visual completo:
	
Nessa meia-volta, as placas do comutador trocam seus contatos com as escovas e a corrente inverte seu sentido de percurso na bobina do rotor. E o motor CC continua girando, sempre com o mesmo sentido de rotação.
Mas, o motor CC acima descrito tem seus problemas. Primeiro não há nada que determine qual será o sentido de sua rotação na partida, tanto poderá iniciar girando para a 'esquerda' como para a 'direita'. Segundo, é que por vezes, as escovas pode iniciar tocando ambas as placas ou eventualmente nenhuma; o motor 'não dá partida'! Para que a partida se dê com total confiança e no sentido certo é preciso que as escovas sempre 'enviem' corrente para o rotor e que não ocorra nenhum curto circuito entre as placas devido às escovas.
Na maioria dos motores CC consegue-se tais exigências colocando-se várias bobinas no rotor, cada uma com seu par de placas no comutador. Conforme o rotor gira, as escovas suprem a corrente para as bobinas, uma de cada vez, uma após a outra. A 'largura' das escovas também deve ser bem planejada.
O rotor de um motor CC gira com velocidade angular que é proporcional à tensão aplicada em suas bobinas. Tais bobinas têm pequena resistência elétrica e conseqüentemente seriam percorrida por intensas correntes elétricas se o rotor permanecesse em repouso. Todavia, uma vez em movimento, as alterações do fluxo magnético sobre tais bobinas, geram uma força contra-eletromotriz (f.c.e.m.), extraem energia daquela corrente e baixa as tensões elétricas sobre tais bobinas. O torque resultante se anulará quando essa f.c.e.m. se igualar á tensão elétrica aplicada; a velocidade angular passa a ser constante.
Em geral, 'carregando-se' o motor (ligando seu eixo a algo que deve ser movimentado) sua rotação não varia acentuadamente, mas, uma maior potência será solicitada da fonte de alimentação (aumenta a intensidade de corrente de alimentação). Para alterar a velocidade angular devemos alterar a tensão aplicada ao motor. 
O sentido de rotação do rotor depende das assimetrias do motor e também do sentido da corrente elétrica; invertendo-se o sentido da corrente o motor começará a girar 'para trás'. É assim que fazemos um trenzinho de brinquedo 'andar para trás'; invertemos o sentido da corrente em seu rotor.
TORQUE
	O Torque produzido por um motor é proporcional a intensidade do campo magnético e a corrente da armadura, podendo ser calculado por:
	T = Kt Φ Ia
	 
onde: T – torque em kg.m
 Φ – número total de linhas de fluxo que entra na armadura por um pólo N
 Kt – constante que depende das dimensões físicas do motor
 Ia – corrente da aramadura, A
REGULAÇÃO DE VELOCIDADE
	A velocidade é dada pelo número de rotações do eixo com relação ao tempo e é expressa em unidades de rotação por minuto ( RPM ). Se um motor puder manter uma velocidade praticamente constante para diferentes cargas, diz-se que o motor apresenta uma boa regulação de velocidade.
	Reg. Velocidade = Veloc SC – Veloc CM	( % )
	 Veloc CM
PERDAS DE UM MOTOR
	As perdas nos motores consiste nas perdas no cobre dos circuitos elétricos e nas perdas mecânicas devidas a rotação da máquina. As perdas incluem:
1 – Perdas no cobre
Perdas I² R na armadura
Perdas no campo
(b).1 – I² R do campo em derivação
(b).2 – I² R do campo em série
2 – Perdas mecânicas ou rotacionais
Perdas no ferro
(a).1 – Perdas por correntes parasitas
(a).2 – Perdas por histerese
Perdas por atrito
(b).1 – Atrito no mancal (rolamento)
(b).2 – Atritonas escovas
(b).3 – Perdas por vento ou atrito com o ar
EFICIÊNCIA DE UM MOTOR
	A Eficiência é a razão entre a potência de saída e a potência total na entrada, expressa em porcentagem
	Efciência = Psaída	= Pentrada – perdas	= Psaída .	( % )
	 Pentr	 Pentrada		 Psáida + perdas
TIPOS DE MOTORES
A – MOTOR EM DERIVAÇÃO
	Este é o tipo mais comum de motor CC. Suas curvas características de velocidade x carga e torque x carga mostram que o torque aumenta linearmente com o aumento na corrente da armadura, enquanto a velocidade cai ligeiramente à medida que a corrente da armadura aumenta. A velocidade básica é a velocidade com carga máxima. O ajuste da velocidade é feito inserindo-se uma resistência no campo, usando um reostato de campo. Deve-se tomar cuidado para não abrir o circuito do campo de um motor em derivação que está rodando sem carga, porque a velocidade do motor aumenta descontroladamente até o motor se queimar.
								+
							fonte
								-
Circuito equivalente
								+
				Id		IL
		r - reostato		 ra
				Ia			Vt = Vta
	rd
				Vg
								-
Vta = Vt = Vg + raIa
IL = Ia + Id
Id = Vt / rd + r
CURVA CARACTERÍSTICA
Velocidade x carga e Torque x carga
					 velocidade
					 torque
		Corrente da armadura
B – MOTOR SÉRIE
	O campo deste tipo de motor é ligado em série com a armadura. A velocidade varia de um valor muito alto com uma pequena carga até um valor bem baixo com a carga máxima. O motor em série é conveniente quando parte com cargas pesadas ligadas a ele (guindastes e guinchos), porque com altas correntes na armadura ele produz um torque elevado e funciona em baixa rotação. Sem nenhuma carga, a velocidade de um motor em série aumentará ilimitadamente até o motor se destruir. Entretanto, os grandes motores em série são geralmente ligados diretamente à carga e não através de correias e polias.
							
		+
	V fonte
		-
Circuito equivalente
				
				 
							
	rS
				
Ia
 Vfonte
ra 
 Vta
 Vg 
Vta = Vg + raIa
Vt = Vg + Ia ( ra + rS ) 
	Velocidade x carga e Torque x carga
						torque
						 velocidade
C – MOTOR COMPOSTO
Este tipo de motor associa as características operacionais dos motores em derivação e dos motores em série. O motor composto funciona com segurança sem carga. À medida que se adicionam as cargas, a sua velocidade diminui e o torque é maior se comparado com o do motor em derivação.
							 +
							V fonte
							
							 -
Circuito equivalente
r - reostato 
						 IL
			Id		 rS 
							 +
						
				 ra
				Ia			 Vt 
	rd
				Vg			 -
Vta = Vg + raIa
Vt = Vta + rSIa
IL = Ia + Id
Id = Vt / rd + r
	Velocidade x carga e Torque x carga
						torque
						 velocidade
Onde:
r – reostato, Ω
ra – resistência da armadura, Ω
rs – resistência do campo série, Ω
rd – resistência do campo em derivação, Ω
Vg – força contra eletromotriz, FCEM, V
Vta – tensão no terminal da armadura, V
Vt – tensão no terminal do gerador, V
Ia – corrente da armadura, A
Id – corrente do campo em derivação, A
IL – corrente na linha, A
OBSERVAÇÕES:
1 – Comparando-se os circuitos equivalentes de um gerador com os circuitos equivalentes de um motor, nota-se que a única diferença está no sentido da corrente na linha e na armadura.
2 – A FCEM de um motor, Vg, é gerada pela ação dos condutores da armadura ao interceptar as linhas de força.
3 – A potência útil de saída no eixo do motor, será então, à Pentrada ( Vt x IL) menos as perdas por aquecimento e as perdas rotacionais. A potência de saída do motor é dada em HP ou CV.
1 HP = 746 W
1 CV = 736 W
Questionário
01 - Explique com suas palavras o funcionamento de um motor cc simples.
Resp:
02 – Como é possível inverter a rotação de um motor CC ?
Resp:
03 – Para determinar o sentido do campo magnético, da corrente elétrica e da força no motor CC, qual a regra que utilizamos ?
Resp:
04 – Determine a corrente da armadura de um motor CC cujo torque 250 Kg.m, o produto Kt.Φ vale 0,6.
Resp:
 
05 – Determine a corrente da armadura de um motor CC cujo torque 100 Kg.m, o produto Kt.Φ vale 0,35.
Resp:
06 - Determine a velocidade com carga máxima de um motor CC com regulação de velocidade de 11 % e velocidade sem carga de 2600 RPM.
Resp:
07 - Determine a velocidade com carga máxima de um motor CC com regulação de velocidade de 14 % e velocidade sem carga de 1800 RPM.
Resp:
08 – Determine a velocidade sem carga de um motor CC cuja regulação de velocidade de 23% e a velocidade com carga máxima de 3600 RPM.
Resp:
09 – Determine a velocidade sem carga de um motor CC cuja regulação de velocidade de 13% e a velocidade com carga máxima de 3600 RPM.
Resp:
 N
 S