Motores de Corrente Contínua

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Motores de Corrente Contínua 
Jéferson Ferronato 
Universidade Federal do Pampa – Engenharia de Energias Renováveis e Ambiente – EERA UNIPAMPA, CEP 96400-000,Bagé (RS), Brasil 
e-mail: jeferronato@hotmail.com 
 
Resumo - Nesse relatório serão relatadas as 
características de uma máquina de corrente 
contínua. Tal como seu funcionamento e 
função, e os resultados do experimento 
realizado. Este que tinha como objetivo achar 
os valores da corrente, tensão e rotação 
experimentalmente para que fosse possível 
gerar os gráficos da relação de tais incógnitas. 
Com isso pode-se observar matematicamente 
se os resultados encontrados na prática são 
validos, cujo tais se mostraram aceitáveis e 
condizentes com as equação já pré-
estabelecidas pela literatura. 
 
Palavras-Chave – Máquina CC, Tensão e 
Corrente. 
 
I. INTRODUÇÃO 
 
O ano de 1886 pode ser considerado, 
como o ano de nascimento da máquina elétrica, 
pois foi nesta data que o cientista alemão Werner 
von Siemens inventou o primeiro gerador de 
corrente contínua auto-induzido. Entretanto esta 
máquina que revolucionou o mundo em poucos 
anos foi o último estágio de estudos, pesquisas e 
invenções de muitos outros cientistas, durante 
quase três séculos. 
Em 1600 o cientista inglês William 
Gilbert publicou, em Londres a obra intitulada 
De Magnete, descrevendo a força de atração 
magnética. A primeira máquina eletrostática foi 
construída em 1663, pelo alemão Otto von 
Guericke, e aperfeiçoada em 1775 pelo suíço 
Martin Planta. 
O físico dinamarquês Hans Christian 
Oersted, ao fazer experiências com correntes 
elétricas, verificou em 1820 que a agulha 
magnética de uma bússola era desviada de sua 
posição norte-sul quando esta passava perto de 
um condutor no qual circulava corrente elétrica. 
Em 1832, o cientista italiano S. Dal 
Negro construiu a primeira máquina de corrente 
alternada com movimento de vaivém. Já no ano 
de 1833, o inglês W. Ritchie inventou o 
comutador construindo um pequeno motor 
elétrico onde o núcleo de ferro enrolado girava 
em torno de um ímã permanente. Pixii ao 
construir um gerador com um ímã em forma de 
ferradura que girava diante de duas bobinas fixas 
com um núcleo de ferro. A corrente alternada era 
transformada em corrente contínua pulsante 
através de um comutador. 
Grande sucesso obteve o motor elétrico 
desenvolvido pelo arquiteto e professor de física 
Moritz Hermann von Jacobi – que, em 1838, 
aplicou-o a um bote. Alimentados por células de 
baterias, o bote transportou 14 passageiros e 
navegou em uma velocidade de 4,8 quilômetros 
por hora. 
Somente em 1886 Siemens construiu um 
gerador sem a utilização de ímã permanente, 
provando que a tensão necessária para o 
magnetismo poderia ser retirado do próprio 
enrolamento do rotor, isto é, que a máquina podia 
se auto-excitar. O primeiro dínamo de Werner 
Siemens possuía uma potência de 
aproximadamente 30 watts e uma rotação de 
1200rpm. A máquina de Siemens não funcionava 
somente como um gerador de eletricidade, mas 
também podia operar como um motor, desde que 
se aplicasse aos seus bornes uma corrente 
contínua. 
Foi o engenheiro eletricista 
Dobrowolsky, da firma AEG, de Berlim, entrou 
em 1889 com o pedido de patente de um motor 
trifásico com rotor de gaiola. O motor 
apresentado tinha uma potência de 80 watts, um 
rendimento aproximado de 80% em relação a 
potência consumida e um excelente conjugado de 
partida. As vantagens do motor de corrente 
alternada para o motor de corrente contínua eram 
marcantes: construção mais simples, silencioso, 
menos manutenção e alta segurança em 
operação. Dobrowolsky desenvolveu, em 1891, a 
primeira fabricação em série de motores 
assíncronos, nas potências de 0,4 a 7,5 kW. [1] 
 
 
 
 
II. ANÁLISE TEÓRICA 
 
Diz-se que uma máquina é de corrente 
contínua quando em todos os seus terminais as 
grandezas que a caracterizam (tensões e 
correntes) são unidirecionais. 
Os motores de corrente possuem grande 
versatilidade em seu controle da velocidade, que 
pode ser implementado de forma bastante 
simples ao se atuar no nível de tensão aplicada. 
Isto resultou, durante muito tempo, no uso 
preferencial destes motores para os processos de 
automação. Uma importante classe de motores de 
corrente contínua, os de ímãs permanentes, é 
amplamente utilizada em nível industrial. 
Um motor CC nada mais é do que um 
motor alimentado por corrente contínua (CA), 
sendo esta alimentação proveniente de uma 
bateria ou qualquer outra de alimentação CC. A 
sua comutação (troca de energia entre rotor e 
estator) pode ser através de escovas (escovado) 
ou sem escovas (brushless) e com relação a 
velocidade, o motor CC pode ser controlado 
apenas variando a sua tensão, diferentemente de 
um motor elétrico de corrente alternada (CA) 
cuja a velocidade é variada pela frequência. 
Tal como as outras máquinas eléctricas 
rotativas, a máquina de corrente contínua é 
constituída por duas partes principais: 
1. Uma parte fixa, o estator, destinada 
fundamentalmente à criação do fluxo indutor. 
2. Uma parte móvel, designada por rotor, 
que contém duas peças essenciais: O 
enrolamento do induzido onde se processa a 
conversão de energia mecânica em eléctrica e 
vice-versa, e o colector que constitui um 
conversor mecânico de "corrente alternada-
corrente contínua" ou vice-versa. A figura 1 
mostra o motor e suas partes, neste trabalho não 
serão citadas todas estas pois não é o objetivo de 
tal. 
 
Figura 1 – Partes de um motor CC 
 
A. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO. 
 
O princípio básico de funcionamento do 
motor CC é que sempre que um condutor 
conduzindo uma corrente elétrica é colocado em 
um campo magnético, este condutor experimenta 
uma força mecânica gerando o torque e o giro do 
eixo do motor. Isso pode ser visto na figura 2. 
 
 
 
Figura 2 – Ação a corrente elétrica no campo 
magnético 
 
Ao alimentar o comutador com tensão 
CC, é gerada uma corrente contínua que é 
transferida para a bobina através do contato das 
escovas do comutador com esta bobina. Assim, a 
função do comutador é ser o elo entre a fonte de 
alimentação e o rotor do motor CC e ele é 
composto por escovas condutoras que fazem o 
contato com o eixo girante do motor CC. 
O campo magnético é gerado entre os 
pólos norte e sul do ímã e possui um sentido 
partindo do norte para o sul. O torque que vai 
impulsionar a bobina e por sua vez o rotor será 
proporcional ao campo magnético entre os ímãs. 
A direção da força mecânica é dada pela regra da 
mão direita. Isso pode ser melhorar observado na 
figura 3. 
 
Figura 3 – Demonstração campo magnético 
 
O rotor movimenta-se assim gerando uma 
força mecânica que faz com que o motor 
movimente a carga nele acoplado. [2] 
 
B. Classificação das máquinas de corrente 
contínua. 
 
As máquinas de corrente contínua podem ser 
classificadas quanto ao modo de alimentação do 
enrolamento do indutor, por: 
• Máquinas de excitação independente: a 
máquina é alimentada por duas fontes de 
energia separada, para funcionamento como 
motor. E para funcionamento como gerador, 
não se utilizada a tensão fornecida pela 
máquina para o indutor, ele é alimentado por 
uma fonte independente. Tem facilidade do 
controle da velocidade de saída. 
 
• Máquinas de excitação em derivação 
(paralelo): Apresenta boa regulação de 
velocidade, prioriza a rotação e tanto a 
armadura quanto o enrolamento do estator 
são ligados em paralelo com a alimentação, a 
figura 4 mostra isto. 
 
Figura 4 – Excitação em paralelo 
 
• Máquinas de excitação em série: prioriza o 
torque da máquina, seu enrolamento tem 
poucas espiras, o condutor é mais grosso e 
sua regulação de velocidade não é fácil de se 
alcançar. Neste caso a própria corrente do 
induzido que vai provocar o fluxo magnético. 
A demonstração de um circuito de excitação 
em sériepode ser vista na figura 5. 
 
Figura 5 – Excitação em série 
 
• Máquinas de excitação composta: é a união 
das duas máquinas citadas anteriormente, 
apresenta enrolamento de campo 
independente, um fluxo mínimo mesmo com 
o motor à vazio e podem ser ligados para 
somar ou subtrair a força magneto motriz. 
Alia o bom controle de velocidade da 
máquina em paralelo e o alto torque da 
máquina em série. A demonstração de um 
circuito de excitação composta pode ser vista 
na figura 6. 
 
Figura 6 – Excitação composta 
 
 As curvas características de velocidade 
em função do torque para vários tipos de motores 
de corrente contínua são apresentadas na figura 
7. O motor série apresenta uma grande variação 
de velocidade à medida que aumenta o torque 
desenvolvido pelo motor. 
 
 
Figura 7– Velocidade x torque para motores CC 
 
A Figura 8 apresenta as curvas características 
de tensão por corrente em geradores de corrente 
contínua. Pode se observar que o motor CC sem 
carga não gera tensão nenhuma, pois sem carga 
não corrente no enrolamento de campo e não 
existindo o campo também não haverá tensão 
induzida. [3] 
 
Figura 7– Tensão x corrente para geradores CC 
 
III. ANÁLISE EXPERIMETAL 
 
 A parte experimental da prática consistia na 
análise do gerador CC com ponte, onde um 
gerador estava acoplado a um motor e com o 
auxílio de um inversor era possível controlar a 
frequência. Os dados do motor e gerador estão na 
tabela 1 e 2, respectivamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Motor de indução trifásico marca 
Voges 
Modelo 3OT54 
KW (hp-cv) 0.37 (1/2) 
Frequência 60 Hz 
Tensão 220/380 V 
rpm 1730 
Corrente 2.5/1.5 A 
FS 1.26 
Ip/In 5.4 
Rendimento 66% 
 
Tabela 1 – Dados motor 
 
Gerador 
KW 0.2 
Tensão 115 V 
rpm 1750 
Corrente 1.8/05 A 
 
Tabela 2 – Gerador 
 
Com isso, foi ajustado para uma frequência 
de 10 Hz e variando deste mesmo valor até 
chegar a 60 Hz. A figura 8 é uma imagem do 
experimento montado em aula. 
 
 
Figura 8– Experimento montado 
 
Assim em cada variação de frequência era 
medida a rotação do experimento, para que fosse 
possível compreender o que acontece com a 
tensão através da variação de rotação. 
Os dados foram tabelados e assim gerando o 
gráfico 1. 
 
Gráfico 1 – Rotação x Tensão nos terminais 
 
 Após está etapa foi adicionada uma carga 
ao motor para ver qual a influência da carga sobre 
a tensão e a corrente dos terminais e sob a 
corrente de carga, assim com os dados obtidos 
pode-se chegar ao gráfico 2 e 3. 
 
 
Gráfico 2 – Corrente x Tensão nos terminais 
 
0
20
40
60
80
290 590 890 1189 1490 1795
Rotação x Tensão nos terminais
0
20
40
60
80
100
120
140
0.038 0.086 0.138 0.23 0.27 0.31 0.353 0.4 0.43
V
t
If
If x Vt
 
Gráfico 3 – Corrente de carga x Tensão nos terminais 
 
 
IV. RESULTADOS 
 
Pelo gráfico 1 nota-se que a tensão 
aumenta linearmente com a rotação, isso pode ser 
provado matematicamente, observando a 
equação 1 percebe-se que quanto maior a rotação 
maior o ω. 
 
𝜔 = 
𝑅𝑜𝑡𝑎çã𝑜∗2∗𝜋
60
 Equação 1 
 
Logo substituindo o valor resultante na 
equação vemos que quanto maior o valor de ω, 
maior será o valor de tensão da armadura. 
 
𝐸𝑎 = (
𝜔
𝜔0
) ∗ 𝐸𝑎0 Equação 2 
 
E observando a equação 3 vemos que 
quanto maior a tensão na armadura, maior será a 
tensão nos terminais. 
 
Vt= Ea ± Ia*(Ra+Rs) Equação 3 
 
No gráfico 2 nota-se que a corrente do 
campo de derivação diferentemente do gráfico 1, 
não varia linearmente com a tensão nos 
terminais, ela varia de uma forma quadrática. A 
corrente do campo de derivação pode ser 
determina pela equação 4. 
 
Ia= Il ± If Equação 4 
 
Logo aumentando o valor de If 
aumentaria o valor de Ia, aumentando tal valor o 
resultante da tensão nos terminais será maior, 
como pode ser visto na equação 3, claro havendo 
uma contribuição importante dos valores de 
resistência para o resultado final. [4] 
No gráfico 3 pode se notar que o valor da 
tensão nos terminais diminui quase que 
linearmente com o aumento da corrente pois 
nesse caso a máquina opera como gerador, onde 
nas equações mostradas acima invés de somar os 
valores, eles serão subtraídos. Com isso os 
valores se tornam decrescentes como mostrados 
no gráfico. 
 
V. CONSIDERAÇÕE FINAIS 
 
 A prática se mostrou eficaz, pois os 
valores adquiridos experimentalmente se 
equivalem quando feita uma análise matemática 
com as equações conhecidas. Pode-se perceber 
46
48
50
52
54
56
58
60
0.08 0.16 0.33 0.55 0.62 0.70 0.84 1.03 1.17
Icarga x Vt
que é importante controlar as tensões dos 
terminais, para que seja possível prever a 
corrente resultante. 
 A rotação é um fator importante para 
controlar a tensão nos terminais, pois quanto 
maior a rotação maior será a tensão. E por fim 
quanto maior a carga maior será a corrente gerada 
no motor, o que é se suma importância na hora de 
escolher o motor adequado para sua necessidade. 
 
VI. REFERÊNCIAS 
 
[1]www.coladaweb.com/fisica/eletrica acessado 
em 10 de dezembro às 00:17. 
[2] www.citisystems.com.br/motor-cc/ acessado 
em 10 de dezembro de 2017 às 00:52. 
[3] Fitzgerald, “Máquinas elétricas”, 6ª Ed., São 
Paulo: McGraw-Hill, 2006. 
[4] Del Toro, “Fundamentos de máquinas 
elétricas”, Rio de Janeiro: LTC, 1994