RELATÓRIO 1 FINAL

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CONVERSÃO DE ENERGIA 
 
 
 
Experimento 1 
Funcionamento das Máquinas Elétricas 
CC 
 
 
 
 
Integrantes: 
Nome: Paulo Ricardo Donário dos Santos Nº: 06 
Nome: José Marcelo Cavalcanti Santos Nº: 11 
Nome: Denis Davi do Nascimento Silva Nº: 17 
Nome: Vinícius Amorim Theotonio Nº: 21 
Nome: Luiz Felipe Barros Nascimento Nº: 22 
Nome: Rodrigo Cossielo de Martins Nº: 24 
 
 
 
Professor: Dr Elkin Ferney Rodriguez Velandia
 
 
 
Rio de Janeiro - RJ 
Janeiro 2020 
SUMÁRIO 
 
1. Introdução........................................................................................................................ 
2 Trabalho Preparatório......................................................................................... 
3.Objetivos........................................................................................................................... 
4. Materiais utilizados......................................................................................................... 
5. Procedimento experimental............................................................................................. 
6. Análise dos dados............................................................................................................ 
7. Conclusão........................................................................................................................ 
Bibliografia......................................................................................................................... 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1- Dados de placa do Conjunto gerador DC e motor DC....................................10 
Figura 1- Conjunto gerador DC e motor DC...................................................................11 
Figura 3: Arranjo de lâmpadas, fazendo a função da carga alimentada pelo gerador.....15 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 - Variações de velocidade do motor CC............................................................11 
Tabela 2 - Dados coletados para a curva de magnetização..............................................13 
Tabela 3 - Dados coletados para a curva de carga...........................................................14 
Tabela 4 - Conjugado x Velocidade do gerador...............................................................16 
Tabela 5 - Conjugado x Velocidade do gerador...............................................................17 
 
 
 
 
 
LISTA DE GRÁFICOS 
 
Gráfico 1- Curva de Magnetização do Gerador de Corrente Contínua...........................14 
Gráfico 2 - Curva de tensão x corrente do gerador..........................................................15 
Gráfico 3 - Curva de tensão x corrente do gerador..........................................................16 
Gráfico 4 - Curva de Rendimento x rotação do gerador..................................................17 
Gráfico 5- Curva de Rendimento x corrente de carga.....................................................18 
 
 
 6 
1. Introdução 
 
As máquinas de corrente contínua são máquinas de grande versatilidade sendo de 
grande aplicação na indústria. Fator de relevância para justificativa do estudo de suas 
peculiaridades físicas e operacionais. 
Os experimentos apresentados neste relatório têm como finalidade apresentar os 
componentes do motor de corrente contínua (MCC) e do gerador de corrente contínua 
(GCC) e identificar seus terminais, com o objetivo de apresentar a carcaça, armadura, 
enrolamento de armadura, escovas, comutador e enrolamento de campo. 
Para estudar as consequências da operação foram coletadas informações de 
operação a vazio e com diferentes cargas, com o objetivo de levantar a curva de 
magnetização, as curvas características do motor e do gerador de CC em excitação 
independente e calcular as eficiências de conversão eletromagnética entre estes. 
 
 
2. Trabalho Preparatório 
 
1) O que é a regulação de velocidade nos motores CC? 
 
É a variação de velocidade desde plena carga até a fase de carga nula, definida em 
porcentagem da velocidade nominal do motor, pela diferença da velocidade sem carga 
pela velocidade com carga, dividido pela velocidade com carga. O motor apresenta uma 
boa regulação de velocidade quando se altera a carga e este mantêm a velocidade 
praticamente constante. 
 
2) Qual é a melhor maneira de controlar a velocidade dos motores CC 
 
A velocidade do motor varia com a excitação do campo, onde uma forma conveniente de 
se controlar a velocidade é fazendo a variação o fluxo do campo através do ajuste da 
resistência no circuito do enrolamento de campo. 
 
3) Qual a diferença entre os motores CC em excitação independente e um motor CC em 
derivação(shunt)? 
 
 7 
No motor CC em excitação independente usa-se duas fontes de CC independentes e no 
motor em derivação (shunt) usa-se somente uma fonte CC. 
 
4) Quais são os cuidados necessários para se partir um motor CC? 
 
a. Tanto o motor quanto os condutores das linhas de alimentação devem estar 
protegidos contra um fluxo excessivo de corrente durante o período da partida, 
colocando-se uma resistência externa em série com o circuito da armadura. 
 
 
 
 
 
 
b. O torque de partida no motor deve ser o maior possível para fazer o motor 
atingir a sua velocidade máxima (nominal) no menor tempo possível. 
 
5) Esquematize as ligações necessárias para a partida de um motor de CC em derivação. 
Descreva as etapas da partida. 
 
A corrente dos motores CC durante a partida é limitada apenas pela resistência da 
armadura R". A corrente de partida dos motores CC pode chegar até a 30 xI"(%&'(%")) 
a medida que o motor acelera a tensão E" cresce forçando a corrente Ia diminuir. 
Para limitar a corrente de partida podemos projetar um resistor R, para ser inserido em 
série com a armadura. 
Para resolver o problema anterior pode-se colocar uma chave em paralelo com o resistor 
R,. 
 
 
 
 
 
 
 8 
Essa chave S. é fechada depois de um tempo e fornece um caminho para a corrente da 
armadura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6) O que acontece com a velocidade de um motor CC em derivação e a vazio quando se 
aumenta a corrente de campo? 
 
O aumento da corrente de campo aumentará o fluxo e, por consequência, a Ea. A Ia 
diminuirá, devido ao aumento da tensão interna. O conjugado induzido é proporcional ao 
fluxo e a Ia. Como a variação de Ia é muito maior do que a variação do fluxo, o conjugado 
reduzirá, ficando menor que o conjugado da carga, reduzindo, assim, a velocidade. Com 
esta redução da velocidade, há uma diminuição da Ea e o aumento de Ia, que por sua vez 
aumentará o conjugado induzido de forma que este se iguala ao conjugado da carga. Desta 
forma, o sistema se equilibra a uma velocidade de regime permanente menor. 
 
7) O que acontece quando um motor CC em derivação subitamente perde o circuito de 
campo quando está rodando? 
Ao perder o circuito de campo, o fluxo reduziria repentinamente e a Ea reduziria junto. 
Desta forma, a Ia aumentaria muito, aumentando o conjugado induzido, que se tornaria 
muito maior que o conjugado de carga. Isto aumentaria continuamente a velocidade, o 
que poderia queimar o equipamento. 
 
8) O que é o efeito de reação da armadura? O que pode ser feito para contrastar este 
efeito? 
 
Por existir corrente nos condutores da armadura do motor, há um campo magnético em 
torno da armadura que distorce o campo magnético principal. Essa reação desloca o plano 
 9 
neutro de comutação no sentido contrário ao da rotação nos motores e no mesmo sentido 
da rotação nos geradores. Para reduzir o efeito da reação da armadura as escoas são 
deslocadas para trás até que o centelhamento seja mínimo, neste ponto a bobina curto 
circuitada pelas escovas está no plano neutro e não há fem induzida ou por meio de 
enrolamentos compensadores e interpolos, de modo que o plano neutro fique sempre 
exatamente no meio doespaço entre os pólos principais da máquina Assim, as escovas 
não precisam ser movidas depois de corretamente ajustadas. 
 
9) Como pode ser invertido o sentido de rotação de um motor CC? 
 
O sentido de rotação de um motor depende do sentido do campo magnético e do sentido 
da corrente na armadura (rotor). Para inverter a rotação do motor deverá ser invertido o 
sentido do campo magnético OU o sentido da corrente na armadura. Porém se essas suas 
componentes forem invertidas ao mesmo tempo, o motor continuará girando no mesmo 
sentido. 
 
10) Quais fatores determinam o conjugado mecânico do motor CC? 
 
Os fatores que influenciam no conjugado mecânico do motor são os fluxo magnético 𝜙 e 
da corrente de armadura Ia associados ao número de pólos e espiras da máquina, 
formando um torque necessário para vencer o conjugado resistente formado pelo atrito 
nos mancais e escovas, ventilação, correntes parasitas do induzido (que criam seu próprio 
conjugado resistente) e a inércia da máquina (fator associado a características 
construtivas). 
 
 
3. Objetivos 
 
Levantar a curva de magnetização do gerador de corrente contínua. 
Levantar as curvas características do Gerador de Corrente Contínua e do Motor de 
Corrente Contínua em Excitação Independente. 
Calcular a eficiência da conversão eletromecânica entre o Gerador de CC e o Motor de 
CC. 
 
 10 
4. Materiais utilizados 
 
Os motores/geradores descritos abaixo fazem referência aos da imagem acima na 
ordem da direita para esquerda, respectivamente: 
 
Motor DC (Nº 20910): 
 Tensão: 110 VCC Velocidade: 1500 rpm 
 Corrente: 9,1 A Potência: 2,5 HP 
 
Gerador DC (Nº 20906): 
 Tensão: 110 VCC Velocidade: 1500 rpm 
 Corrente: 18 A Potência: 1,0 kW 
 
 
Figura 1: Dados de placa do Conjunto gerador DC e motor DC. 
Fonte: Autor (2020). 
 
Além dos itens descritos acima, foram utilizados nesse experimento 3 amperímetros 
analógicos, 1 voltímetro analógico, dois multímetros digitais e um tacômetro digital 
manual a laser 
 
 
5. Procedimento experimental 
 
Inicialmente foi montado o circuito da figura 1 pelos técnicos do laboratório da UFRJ. 
 11 
Figura 2: Conjunto gerador DC e motor DC. 
Fonte: Autor (2020). 
 
 O MCC é alimentado à rede por tensão contínua, que foi medida com o multímetro 
no valor de 110 Vcc, no momento da partida deste não ocorreu nenhuma alteração de 
velocidade no conjunto MCC/GCC, uma vez que o reostato de controle da corrente de 
armadura do MCC estava no seu máximo valor ôhmico. 
Após diminuir a resistência do reostato de armadura do MCC o conjunto 
MCC/GCC entrou em movimento, sendo possível observar que ao alterar o reostato 
presente no circuito de campo do motor de forma a aumentar a corrente, a velocidade 
diminuía sendo o contrário também verdadeiro, pois ao diminuir a corrente a velocidade 
aumentava. Sendo assim, é possível alterar a velocidade do motor alterando a corrente de 
campo ou a corrente de armadura por meio da movimentação dos presentes no circuito. 
Fatos comprovados pelos dados da tabela 1. 
 
Tabela 1: Variações de velocidade do motor CC. 
Fonte: Autor (2020). 
Foram feitos os ajustes no MCC para assumir a rotação de 1500 rpm, sendo 
medida com auxílio de um tacômetro digital, sendo coletado os valores de corrente de 
 12 
armadura de 0,6 (escala 5:30) gerando o valor de 18 A; Tensão de armadura de 87,5 V; E 
corrente de campo (escala 1:1) 0,5 A. 
 O gerador (GCC) está à vazio, estando o disjuntor que alimentam as cargas em 
aberto, a chave da corrente de campo do GCC também em aberto e o MCC operando na 
velocidade nominal de 1500 rpm, foi observada uma tensão na armadura do GCC de 6,2V, 
fato que será explicada no tópico 5, análise dos dados. 
 Fechada a chave da corrente do campo do GCC e este permanecendo a vazio, 
foram anotados os parâmetros do gerador, sendo eles: tensão de armadura 32,8 V; corrente 
de campo 0,1 A; rotação do conjunto 1505 rpm. 
Na execução do experimento foi elevada a corrente de campo do gerador com 
incrementos 0,1 A permanecendo inalterada a corrente de campo do MCC. A cada 
mudança de 0,1 A na corrente de campo do GCC verificava-se que a velocidade do 
conjunto MCC/GCC caía em relação a velocidade regulada de 1500 rpm. A tensão na 
armadura do GCC também se alterava, aumentando a cada variação da corrente. 
A cada alteração de 0,1 A informado no tópico acima, um aluno atuava no reostato 
que controlava a corrente de armadura do MCC de forma a reestabelecer a velocidade do 
conjunto MCC/GCC em 1500 rpm, medida por outro aluno por meio de um tacômetro 
digital, sendo então coletados os dados de tensão e corrente dos diversos componentes. 
A corrente de campo foi elevada seguidamente e sendo repetidos os passos, até 
que a tensão na armadura do GCC atingisse o valor de 131,8 VCC. Dados esses que serão 
apresentados no tópico 5, usados para traçar a curva de magnetização do gerador. 
Após este ensaio, foram reduzidos os parâmetros de forma que no gerador, a vazio, 
foram fixados os valores de tensão na armadura de 96,5 V e corrente de campo em 0,4 A 
e no motor os valores de corrente de campo de 0,5 A, tensão da armadura de 87,7 V, 
corrente da armadura de 0,72 A e velocidade do conjunto de 1515 rpm. 
 Fechado o disjuntor que alimentava as cargas e conectando uma lâmpada com 
valor de potência de 100 W, foi notado uma queda de velocidade do conjunto e de tensão 
da armadura do gerador CC. 
 Após regular a máquina para os parâmetros iniciais, 1500 rpm e tensão de 
armadura do gerador em 100V, já com a primeira carga alimentada foi conectada, pelo 
professor, mais uma lâmpada, em paralelo a primeira, com o valor de 300 W, totalizando 
400W, e com isso foi observado novamente queda na tensão de armadura do GCC e de 
velocidade do conjunto, sendo novamente necessário a regulagem para os parâmetros 
iniciais de medição. 
 13 
Após a regulagem foram retiradas as cargas e foi observado que a velocidade do 
conjunto e a tensão na armadura do gerador aumentavam consideravelmente atingindo os 
valores de 1920 rpm e 128,8 V. 
Após isso o segundo grupo deu continuidade no experimento, realizando a partir 
do ponto que foram inseridas as duas primeiras cargas. Desta forma foram adicionadas 
mais lâmpadas, até totalizar 4 unidades, gerando uma potência máxima de 800W e foram 
anotadas as variações de tensão de armadura do gerador e variação de velocidade do 
conjunto CC. 
 
 
6. Análise dos dados 
 
Primeiramente, fazendo uma observação do circuito montado no laboratório, pode 
se observar que o diâmetro dos fios de alimentação da armadura do motor e do gerador 
são maiores que o diâmetro dos fios de alimentação dos campos tanto do motor quanto 
do gerador. Foi observado a presença de interpolos no motor CC, usados para reduzir a 
reação da armadura, como explicado na questão preparatória nº 8. 
Outra observação relevante é referente a tensão medida na armadura apresentar 
um valor com a chave de campo em aberto, ou seja, mesmo com a corrente de campo do 
gerador nula. O fato ocorrido é devido a retentividade dos campos polares e é 
proporcional a quantidade de magnetismo residual que permaneceu na estrutura 
ferromagnética da máquina quando o gerador foi desligado. Além deste fato, mesmo 
quando a corrente de campo é nula, o fluxo no entreferro não é zero, sendo assim, um 
pequeno valor de tensão é medido nos terminais da armadura. 
Com o objetivo de estimar a curva de magnetização do gerador CC (em 1500 
rpm), mediu-se sete tensões distintas. Os dados encontram-se na tabela abaixo: 
Tabela 2: Dados coletados para a curva de magnetização. 
Fonte: Autor (2020). 
 14 
Assim, de posse desses dados, plotou-se o gráfico de tensão gerada por corrente 
de campo: 
 
Gráfico 1: Curva de Magnetização do Gerador de Corrente Contínua. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor (2020). 
 
De modo semelhante, foram coletadospontos, com diferentes cargas conectadas, 
para a plotagem da curva de carga do gerador CC. Nota-se que as cargas utilizadas foram 
lâmpadas. Os dados encontram-se na tabela abaixo: 
 
Tabela 3: Dados coletados para a curva de carga. 
Fonte: Autor (2020). 
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Te
ns
ão
 d
a 
ar
m
ad
ur
a 
(V
)
Corrente de campo (A)
Curva de Magnetização gerador a 1500 rpm
 15 
Figura 3: Arranjo de lâmpadas, fazendo a função da carga alimentada pelo gerador 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor (2020). 
 
De posse dos dados acima, obteve-se a seguinte curva: 
 
Gráfico 2: Curva de tensão x corrente do gerador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor (2020). 
 
Em resposta ao item 4.2 da aula prática 1, onde deve-se calcular o conjugado para 
os pontos da tabela fornecida pelo professor. De acordo com (2014, FITZGERALD, pg 
413): 
𝑇123 = 𝐾6𝜙6𝐼6 
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
40 50 60 70 80 90 100 110 120
Co
rr
en
te
 n
a 
ca
rg
a
Tensão de Carga
Curva de Tensão x Corrente do gerador
 16 
𝐸6 = 𝐾6𝜙9𝜔1 considerando 𝑅6 do gerador muito pequena 
 
𝐶 = 𝑇123 =
𝐸6𝐼6
𝜔1
 
 
Com base nas fórmulas acima é possível calcular o valor do conjugado no gerador 
após a inserção das cargas em bancada. 
 
Tabela 4: Conjugado x Velocidade do gerador. 
Fonte: Autor (2020). 
Com base nos dados acima, se obtém a gráfico 3. 
 
Gráfico 3: Curva de tensão x corrente do gerador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor (2020). 
 
De acordo com os dados obtidos e analisando o gráfico levantado, pode chegar à 
conclusão que o gerador apresenta forma de construção de motores bobinados compostos, 
que segundo (SILVEIRA, 2018) são projetados com bobinas derivadas compostas para 
aplicações de velocidade constante que requerem torque mais elevado. Eles são 
0
1
2
3
4
5
6
7
600 800 1000 1200 1400 1600
Co
nj
ug
ad
o 
(C
) -
N
m
 
Rotação (n) - rpm
Curva de Conjugado x Velocidade do Gerador
 17 
frequentemente usados onde a carga primária requer um torque de partida alto e a 
velocidade ajustável não é necessária. As aplicações incluem elevadores, guindastes e 
equipamentos para lojas industriais. 
 
Tabela 5: Conjugado x Velocidade do gerador. 
Fonte: Autor (2020). 
 Com uso dos dados coletados na segunda parte do experimento foram obtidas as 
curvas de eficiência de transmissão do gerador até as cargas pelas fórmulas: 
 
𝑉36>?6 =
𝑃36>?6
𝐼36>?6
 
 
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎HIJJIKLHL 
↑ 
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎NONLP → 	𝐺𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟	 → 	𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎ÚNIP 
 
𝜂 =
𝑃ÚNIP
𝑃NONLP
=
𝑈 ∙ 𝐼
𝐸 ∙ 𝐼 	→ 	𝜂 =
𝑈
𝐸 
 
Gráfico 4: Curva de Rendimento x rotação do gerador 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor (2020). 
-10%
10%
30%
50%
70%
90%
110%
600 800 1000 1200 1400 1600
Re
nd
im
en
to
 (n
) -
%
Rotação do eixo do gerador (n) - rpm
Eficiência x Rotação
 18 
 
Gráfico 5: Curva de Rendimento x corrente de carga 
Fonte: Autor (2020). 
 
 
7. Conclusão 
 
Ao término do experimento foi possível verificar que existe um processo 
sequencial de partida, de aceleração do conjunto até a velocidade desejada, e também de 
introdução de cargas no sistema que não devem ser desprezados. Existe também o 
processo parada do conjunto, onde deve-se atentar para a retirada das cargas, pois ao se 
retirar a carga, a velocidade do conjunto MCC/GCC aumenta consideravelmente sendo 
importante levar esse fato em consideração, visto que se pode danificar os equipamentos, 
algo que obviamente não é desejado. 
O experimento também foi importante para o aprendizado de forma que podemos 
verificar que as bitolas dos fios são importantes na identificação de como o conjunto está 
ligado (aqui colocar os arranjos possíveis e o que estava no dia do experimento, pois não 
lembro). 
Foi verificado experimentalmente de que forma que é feito o controle da 
velocidade/tensão desse tipo de arranjo de máquinas elétricas. Não é simples nem trivial, 
pois irão ocorrer momentos em que não basta atuar em apenas um elemento, como por 
exemplo só aumentar ou diminuir a corrente de armadura do MCC. Junto a isso é preciso 
também alterar a corrente de campo do MCC, por exemplo. 
-10%
10%
30%
50%
70%
90%
110%
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
Re
nd
im
en
to
 (n
) -
%
Corrente de Armadura(Ia) - A
Eficiência x Corrente de Carga
 19 
Foi perceptível ao grupo que, controlar a velocidade/tensão do conjunto quando 
se coloca ou tira cargas não bastam ações isoladas, e fazer isso de forma precisa e 
necessário todo um sistema de controle para tal. 
Sendo assim foi possível levantar as curvas de tensão x corrente do gerador, obtendo-se que 
a topologia de construção do gerador CC é do tipo composto, de acordo com o gráfico obtido, foi 
possível obter a curva de tensão x corrente na carga, e a curva de magnetização do gerador. 
 
 
Bibliografia 
 
A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley Jr., Stephen D. H. Umans, Máquinas Elétricas, 7ª ed., 
Mc Graw-Hill, 2014. 
CHAPMAN, S. J. Fundamentos de Máquinas Elétricas. 5 ed. Rio Grande do Sul, 
AMGH Editora Ltda, 2013. 
SILVEIRA, C. B. Motor CC: Saiba como funciona e de forma especificar. Disponível 
em: https://www.citisystems.com.br/motor-cc/. Acessado em: 15/jan/2020.