Questões Cap 2 - Máquinas de Corrente Contínua

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Primeira Prova – Máquinas Elétricas
CAP 2 – Máquinas de Corrente Contínua
1 – Descreva o princípio de funcionamento de um gerador.
R. Os geradores e motores de corrente contínua são máquinas rotativas cujo funcionamento é baseado nas leis de indução e na lei de Laplace e são susceptíveis de gerar uma f.e.m. e fornecer corrente.
2 – Quais as diferenças essenciais entre um alternador e um gerador de corrente contínua?
R. A principal diferença é que o alternador gera corrente alternada e um gerador gera contínua. Outra diferença é que no gerador existe um dispositivo condutor na saída da bobina que faz com que obtenha-se corrente contínua.
3 – Descreva o princípio de funcionamento de um motor de corrente contínua.
R. No caso do motor CC é fornecida energia elétrica ao mesmo para ser convertida em energia mecânica. A energia elétrica fornecida alimenta o enrolamento de armadura e o enrolamento do estator. Com isso, os dois produzem campos magnéticos que repelem-se e atraem-se mutuamente, originando binários no rotor, ou seja, cria forças no rotor de maneira que essas lhe imprimem um torque, fazendo o rotor girar. Uma peça fundamental em todo esse processo é o comutador que em conjunto com as escovas permitem que a corrente de armadura mude de sentido continuamente de maneira que o binário formado pela interação entre os campos magnéticos de armadura e do estator mudem continuamente de sentido permitindo que o motor gire.
4 – Descreva os diversos tipos de excitação dos motores de corrente contínua.
R. 1. Motor com excitação em separado: o campo é excitado por uma fonte independente da armadura. 2. Motor derivação: onde o campo é conectado em paralelo com a armadura e excitado pela mesma fonte. 3. Motores série: onde o campo é conectado em série com a armadura. 4. Motor composto cumulativo no qual são conectados os campos série e derivação: cujo campo resultante é a soma dos dois campos. 5. Motor composto diferencial no qual são conectados os campos série e derivação: cujo campo resultante é a diferença dos dois campos.
5 – Qual é o efeito da reação de armadura sobre a velocidade de um motor shunt.
R. O efeito da reação de armadura é o de diminuir o fluxo no entreferro devido à diminuição de velocidade que foi causada pelo aumento da corrente de armadura.
6 – De que fatores dependem o conjugado de um motor série.
R. Dependem da constante K (parâmetro de projeto do motor) e do quadrado da corrente de armadura (Ia).
7 – Qual é a diferença entre um motor composto cumulativo e um motor composto diferencial?
R. No caso do motor composto cumulativo o fluxo criado é a soma dos fluxos dos dois campos, causando uma diminuição de velocidade. No composto diferencial, o fluxo criado é a diferença dos fluxos dos dois campos, causando um aumento de velocidade.
8 – Qual é a diferença entre a auto excitação e excitação independente?
R. O motor tem auto excitação quando a corrente para a excitação do campo magnético pode ser fornecida pelo próprio gerador. E é de excitação independente, quando a corrente de excitação é fornecida por uma fonte exterior.
9 – Usando a equação (2.9) explique o efeito na velocidade do motor shunt quando:
a) A corrente de armadura é aumentada;
b) A F.C.E.M é diminuída;
c) O fluxo polar é aumentado;
R. 
a) Quando Ia diminui, o numerador diminui, e a velocidade também;
b) Quando a f.c.e.m diminui, o Ia aumenta e o n aumenta;
c) Quando o fluxo aumenta, o n diminui;
10 – Explique porque o motor série deve ter uma partida efetuada com carga mecânica acoplada a sua armadura.
R. Porque o motor série possui um torque e velocidade elevada na partida. Isso torna necessário que o motor esteja acoplado a uma carga, de modo que a carga controle essa elevada energia inicial.
11 – Usando a equação (2.4) explique porque a partida de todos os motores corrente contínua é feita:
a) Com máxima resistência em série com a armadura;
b) Com máxima excitação de campo;
R.
a) No momento da partida de um motor CC, não existe F.C.E.M devido ao fato do rotor estar parado. Com a aplicação da tensão V para a arrancada do motor, os únicos fatores que estão limitando a corrente de armadura são as perdas nos contatos das escovas e a resistência no circuito de armadura. Esses fatores não são suficientes para evitar uma sobre carga no circuito de armadura. Com isso podemos ajustar esta resistência para um valor máximo afim de limitar a corrente de armadura enquanto a f.c.e.m. não é gerada. 
b) A partida dos motores CC é feita com máxima excitação de campo para produzir o máximo campo magnético B, pois a f.e.m. é diretamente proporcional a intensidade do campo magnético, e quanto maior este maior será a f.e.m. induzida.
12 – Como é feita a inversão no sentido da rotação de um motor de CC?
R. É necessário inverter o sentido da corrente através da armadura com rotação do sentido do campo magnético. Para um motor derivação ou série, isto é feito simplesmente pela imersão do circuito de armadura com relação ao sentido do campo e vice-versa. Se os dois forem invertidos ao mesmo tempo, o sentido de rotação é mantido.
13 – Baseado na fig. (2.8a) qual dos motores apresentam melhor regulação de velocidade? Porque o motor composto diferencial pode apresentar regulação de rotação negativa?
R. Pela figura, o motor que apresenta a menor relação velocidade x carga, é o que possui a regulação de velocidade mais pobre. Isso ocorre devido ao valor de n (situação de carga nula) que é menor quando temos uma menor relação velocidade x carga. O motor composto diferencial pode apresentar regulação de rotação negativa devido a uma instabilidade de carga.
14 – Para os motores série, composto cumulativo, shunt e composto diferencial:
a) Estabeleça a expressão da velocidade para cada motor em particular;
b) Mostre como esta expressão produz a característica obtida na Fig. (2.8a);
R. 
a) Motor Shunt; 
Motor Série: 
Composto Cumulativo: 
Composto Diferencial: 
b) Nas três primeiras equações podemos ver que o efeito do aumento da corrente de armadura é diminuir a velocidade do motor. Já na equação do composto diferencial o aumento em Ia gera também um aumento em n, pois com o aumento em Ia produz um aumento do fluxo, isso faz com que o denominador diminua e o n aumente.
15 – Para motores série, composto cumulativo, shunt e composto diferencial:
a) estabeleça a expressão do conjugado para cada motor em particular;
b) mostre como esta expressão produz a característica obtida na fig (2.8b);
a) Motor shunt; 
Motor Série; 
Composto Cumulativo; 
Composto Diferencial; 
b) Nos motores shunt, se o efeito da armadura for desprezado, o conjugado será C = K’ x Ia, e portanto, a característica do conjugado é uma linha reta ascendente. No motor série, o fluxo no início do funcionamento varia proporcionalmente à corrente na armadura = K’ x Ia e o conjugado se tornará proporcional ao quadrado da mesma, enquanto o circuito não estiver saturado. No composto cumulativo, o fluxo aumenta com a carga, porém, não em proporção direta com a corrente, assim a curva conjugado-corrente de armadura está entre a dos motores série e derivação. No composto diferencial, o campo série se opõe ao campo derivação, de maneira que o fluxo diminui com a carga, assim o motor composto diferencial produz uma curva de conjugado que é sempre menor do que a do motor derivação.