Relatório 8 - Motor cc

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO 
ELETRICIDADE E MAGNETISMO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPO MAGNETICO ESTACIONÁRIO 
MOTOR CC 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cuiabá/MT 
Ago/2014 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO 
ELETRICIDADE E MAGNETISMO 
 
 
 
 
Discentes: Renan Yagi, Renner Siqueira e Werleson Nery. 
 
 
 
 
 
Relatório técnico apresentado como requisito 
parcial para obtenção de aprovação na 
disciplina Eletricidade e Magnetismo, no Curso 
de Engenharia Elétrica, na Universidade 
Federal de Mato Grosso. 
Profº. Walkyria Krysthie Arruda Gonçalves 
Martins 
 
 
 
 
 
 
Cuiabá/MT 
Ago/2014 
 
 
1 Objetivos 
 Familiarizar o aluno com a montagem em laboratório; 
 Mostrar o comportamento dinâmico de uma bobina alimentada com uma 
corrente Ial, dentro de um campo magnético B, que lhe é externo. Este 
aparato representa um motor elétrico elementar de corrente contínua 
(motor CC) e é destinado a uma visualização concreta das grandezas e 
análises envolvidas no comportamento dinâmico de um dipolo 
magnético imerso em um campo externo. 
 
2 Materiais 
o 1 varivolt; 
o 1 retificador de onda completa; 
o 1disjuntor; 
o 1 conjunto motor/gerador elementar; 
o 1 núcleo de ferro (tipo U); 
o 2 bobinas 1200/1200 espiras; 
o 4 bobinas de Helmholtz; 
o 1 fonte CC; 
o 1 voltímetro CA; 
o 1 voltímetro CC; 
o 1 amperímetro CA; 
o Cabos para ligação. 
 
3 Fundamentação teórica 
3.1 Motor CC 
O Motor de Corrente Contínua é composto fundamentalmente pelo estator e 
pelo rotor (fig.1). 
 
Figura 1 – Motor CC dividido em suas partes principais: Estator e Rotor. 
 
O estator é formado por: 
 Carcaça - É a estrutura suporte do conjunto e tem a finalidade de 
conduzir o fluxo magnético. 
 Pólos de Excitação - Tem a finalidade de gerar o fluxo magnético. São 
constituídos de condutores enrolados sobre núcleos de chapas de aço 
laminadas cujas extremidades possuem um formato que se ajusta a 
armadura e são chamadas de sapatas polares. 
 Pólos de comutação - São colocados na região interpolar e são 
percorridos pela corrente de armadura. Compensam o efeito da reação 
da armadura na região de comutação, evitando o deslocamento da linha 
neutra em carga, reduzindo a possibilidade de centelhamento. 
 Enrolamento de Compensação - É um enrolamento distribuído na 
periferia da sapata polar e percorrido pela corrente de armadura. Sua 
finalidade é também compensar a reação da armadura, mas agora em 
toda a periferia do rotor, e não somente na região transversal. Evita o 
aparecimento de faíscas provocadas por uma diferença de potencial 
entre espiras devido a distribuição não uniforme da indução no 
entreferro. 
 Conjunto Porta Escovas e Escovas - O porta escovas permite alojar as 
escovas e está montado de tal modo que possa ser girado para o ajuste 
da zona neutra. As escovas são compostas de material condutor e 
deslizam sobre o comutador quando este gira, pressionadas por uma 
mola, proporcionando a ligação elétrica entre a armadura e o exterior. 
E o rotor, por sua vez é formado por: 
 Rotor com Enrolamento - Centrado no interior da carcaça, é constituído 
por um pacote de chapas de aço silício laminadas, com ranhuras axiais 
na periferia para o enrolamento da armadura. Este enrolamento está em 
contato elétrico com as lâminas do comutador. 
 Comutador - É o conversor mecânico que transfere a energia ao 
enrolamento do rotor. O comutador é constituído de lâminas de cobre 
isoladas por meio de lâminas de mica. 
 Eixo - É o elemento que transmite a potência mecânica desenvolvida 
pelo motor. 
 
Figura 2 – Esquema simplificado de um Motor CC e seus componentes. 
No motor de corrente contínua, o fluxo magnético do estator é gerado nas 
bobinas de campo pela corrente contínua, portanto trata-se de um campo 
magnético cuja intensidade é contínua. 
Quanto ao rotor, que podemos chamar de armadura também é alimentado por 
tensão contínua e a interação dos campos magnéticos do estator (chamado de 
campo) e da armadura produzem o torque para a movimentação do rotor. 
3.2 Características de um motor cc 
A máquina de corrente contínua (MCC) consiste em um enrolamento de campo 
(no estator), que estabelece o fluxo magnético Ф, e um enrolamento de 
armadura (no rotor). O funcionamento de um motor de corrente contínua está 
baseado nas forças produzidas da interação entre o campo magnético e a 
corrente de armadura no rotor, que tendem a mover o condutor num sentido 
que depende do sentido do campo e da corrente na armadura. 
O comutador é o conversor mecânico que transfere a energia ao enrolamento 
do rotor, possibilitando a circulação de corrente alternada no rotor através de 
uma fonte de corrente contínua. As escovas são compostas de material 
condutor e deslizam sobre o comutador quando este gira, pressionadas por 
uma mola, proporcionando a ligação elétrica entre a armadura e o exterior. 
 
 
Figura 3 – Características principais de um Motor CC. 
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, que serão analisadas adiante, o motor CC ainda se mostra a 
melhor opção em inúmeras aplicações, tais como: 
o Máquinas de Papel; 
o Bobinadeiras e desbobinadeiras; 
o Laminadores; 
o Máquinas de Impressão; 
o Extrusoras; 
o Prensas; 
o Elevadores; 
o Movimentação e Elevação de Cargas; 
o Moinhos de rolos; 
o Indústria de Borracha; 
o Mesa de testes de motores. 
 
3.3 Princípio do funcionamento de um motor cc 
Para compreender um motor CC pode-se observar a figura 3 admitindo o 
sentido do campo magnético da direita para esquerda, podemos deduzir as 
forças que fazer a bobina girar em um sentido. 
 
Admitindo-se o sistema de coordenadas cartesianas, quando a espira se 
encontrava sobre o plano xOz, pode-se identificar o sentido do campo 
magnético B(-ax) e o vetor elemento de corrente dado pelo produto da corrente 
pelo vetor comprimento do campo( IL(-az), IL(az), IL(ax) e IL (-ax). 
Pela expressão da força sobre uma carga em movimento: 
 
 
Neste caso existem quatro forças atuando sobre a espira, uma para cada lado 
do quadrilátero, logo temos: 
 
 
 
 
 
 
Como o produto vetorial entre vetores no mesmo sentido (0º) ou sentido 
opostos (180º) é zero, tense apenas duas forçãs atuando neste caso: 
 
 
 
 
Já em um motor CC, os fios da espira estão ligados a um comutador para que 
no instante em que o momento magnético se alinhar com o campo a qual a 
espira está submetida, devido a inércia, o comutador fará com que a corrente 
mude de sentido após completar meia volta, isto se da devido as escovas 
deslizantes de polaridades únicas encontradas no motor de corrente contínua, 
deste modo a espira irá ter duas novas forças, podendo ser encontradas 
obedecendo o mesmo raciocínio de cima porém em outro sentido, assim a 
espira não irá parar de girar e o sentido de sua corrente ficará se alternando. 
Temos que o Torque ou Conjugado para uma única espira (fig. 4) é dado pela 
expressão: 
 
Onde, 
Ƭ = Torque sofrido pela espira; 
m = Momento de dipolo magnético; 
B = Campo magnético externo. 
Mas 
 
Conclui-se então, que para se obter o torque sofridopor uma bobina, basta 
multiplicar pelo número N de espiras que esta possui. 
 
 
Figura 4 – Torque e forças magnéticas sofridos por uma espira devido a um campo B externo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 Procedimentos experimentais 
No dia 4 de setembro de 2013, foi realizada a experiência de motor de Corrente 
Continua. Com intuito de analisar o movimento gerado no motor CC em função 
do fluxo magnético com a corrente continua. Inicialmente foram dadas as 
devidas instruções aos alunos, bem como uma introdução teórica sobre o 
assunto. 
1º Procedimento 
- Primeiramente, montou-se o circuito 1 onde se utilizou de 4 bobinas de 
Helmholtz, interligadas uma na outra através de cabos, conectadas em um 
fonte CC que forneceu um corrente continua no valor de 3 A. 
 
 
Figura 5 - Representação gráfica do circuito 1. 
 
- Em seguida, montou se o circuito 2 com interligações iniciais no varivolt, onde 
se percorreu uma corrente alternada, no voltímetro, onde se obteve a diferença 
de potencial igual a 23 V, no disjuntor, no retificador de ondas, onde converte a 
corrente alternada em continua, e em duas espiras retangulares justapostas 
uma na outra. 
 
 
 
Figura 6 - Representação gráfica do circuito 2. 
 
 
 
- Depois, montou- se o circuito 3 a partir da união do circuito 1 e do circuito 2. 
 
Figura 7 - Representação gráfica do circuito 3. 
 
 
- ligou-se o circuito 1, através da fonte cc, em seguida, ligou-se também o 
disjuntor do circuito 2. 
 
2º Procedimento 
- Montou-se o circuito 1 através do acoplamento das duas bobinas, de 1200 
espiras cada, sobre o suporte de núcleo de ferro (tipo U), interligados na fonte 
cc, onde se percorreu uma corrente continua. 
 
Figura 8 - Representação gráfica do circuito 1 do 2º Procedimento. 
 
 - já no circuito 2, montou-se com interligações iniciais no varivolt, onde se 
percorreu outra corrente alternada, no voltímetro, no disjuntor, no retificador de 
ondas, onde converte a corrente alternada em continua, e finalmente no 
conjunto motor/gerador elementar 
 
 
 
Figura 9 - Representação gráfica do circuito 2 do 2º Procedimento. 
 
 
- Depois, montou- se o circuito 3 a partir da união do circuito 1 e do circuito 2. 
 
Figura 10 - Representação gráfica do circuito 3 do 2º Procedimento. 
 
 
- Ligou-se o circuito 1, através da fonte cc, em seguida, ligou-se também o 
disjuntor do circuito 2. 
 
 
 
3º Procedimento 
- No 3º procedimento segui-se o mesmo procedimento de montagem no 
circuito 2 e 3. Mas com alteração da polaridade no circuito 1, gerando um 
percurso de corrente contraria ao do 2 procedimento. 
 
Figura 11 - Representação gráfica do circuito 1 do 3º Procedimento. 
 
 
 
5 Resultados e análises 
De acordo com o que foi feito no laboratório a primeira parte do experimento a 
corrente criou um campo magnético nas espiras de Helmholtz, que o olhando 
de frente ia de direita para esquerda, então quando, e só quando colocamos 
corrente foi colocada na espira é que a bobina tentou se alinhar e quando isso 
ocorreu o comutador fez com que a corrente da bobina invertesse, fazendo 
com que ela buscasse novamente o alinhamento com o campo, isso quer dizer 
que o momento magnético tentou se alinhar com o campo externo e o 
comutador quando o momento estava quase para se alinhar com o campo 
mudasse para o contrário novamente fazendo assim o giro continuar. 
Antes de começar a segunda parte, teve-se que descobrir se as bobinas que 
iriam produzir o campo estavam no mesmo sentido ou se elas estavam em 
sentido opostos, foi testado então com alimentado as bobinas e se puxo a parte 
móvel do núcleo de ferro para ver se esta sai com facilidade, notou-se que isto, 
ocorreu então ficou constatado que elas estavam em sentido opostos. Então se 
alterou a ligação e o mesmo foi feito para ver se estava certo dessa vez 
quando foi puxada a parte móvel não desgrudou do restante e então ficou 
evidente que agora as bobinas estavam produzindo fluxo para o mesmo 
sentido. 
Na segunda parte do experimento quando utilizamos um motor/gerador com 
espiras para criar o campo externo com um núcleo de ferro, o mesmo ocorreu 
quando se alimentou o conjunto do comutador fazendo assim que com que a 
armadura, ou seja, as espiras que sofreram uma força que fez com que 
girasse. 
 Houve também um torque antes mesmo da alimentação ao qual é possível de 
explicação, este giro se chama conjugado de relutância onde o campo 
magnético gerado pelas bobinas de 600+600 espiras criou e entre a armadura 
e o núcleo de ferro havia um espaço ao qual a armadura gira o conjugado de 
relutância tende a diminuir esse espaço que se chama espaço entre ferro e 
assim produziu um giro sem ao menos ter uma corrente na armadura. 
Na terceira e ultima parte do experimento foi alterado o sentido do campo das 
bobinas ao qual fez com que torque mudasse de direção assim como as forças 
na armadura também invertessem. 
 
6 Conclusão 
Podemos concluir que toda vez que houver um campo magnético em cima de 
uma espira e colocarmos corrente sobre essa espira ela criará um momento 
magnético, e esse momento magnético tentará se alinhar com o campo, desta 
forma se for colocado um comutador ele fara com que esse momento nunca se 
alinhe com o campo devido ao funcionamento do mesmo que quando a 
armadura gira e está chegando com o alinhamento do campo ele inverte esse 
momento e faz com que o mesmo tente alinhar de novo e a mesma inversão se 
repete fazendo assim girar sem parar. 
Também foi possível ver um giro sem mesmo ter uma corrente na armadura o 
que nos fez perceber que há outro tipo de torque que é o de relutância que 
nada mais é do que o campo tentando fazer com que o seu caminho tenha o 
menor espaçamento entre ferro e isto se chama torque de relutância. 
Além disso, foi possível ver que o sentido de rotação da armadura é de acordo 
com o sentido do campo, quando invertemos o sentido do campo que estava 
agindo sobre a espira observamos que ela rodou para o outro lado, assim 
como quando se inverte a corrente que entra na armadura, que também faz 
com que a própria armadura rode ao contrário. 
7 Referências Bibliográficas 
 
HAYT, William H.; BUCK, John A. Eletromagnetismo. 8.ed . Porto Alegre: 
AMGH, 2013. 
UTFPR. Acionamentos Industriais: Motores de Corrente Contínua. 
Disponível em: < http://pessoal.utfpr.edu.br/oliveira/arquivos/MotoresCC.pdf >. 
Acessado em 12 de set. de 2013. 
HONDA, Eng. Flavio. Motores de Corrente Contínua: Guia rápido para uma 
especificação precisa. Disponível em: < http://www.siemens.com.br/medias 
/FIL ES/29 10_20060505141908.pdf >. Acessado em 12 de set. de 2013.