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Universidade Estácio de Sá
Curso de Engenharia Elétrica
Mayke Juarez Borges
 Docente: César Reis
Conversão Eletromecânica de Energia II
Motores Corrente Contínua: Controle de Velocidade Aplicáveis
Niterói
2019
Sumário
1
Introdução	3
1 História	3
1.1 Motor Elétrico	4
1.2 Corrente Alternada	5
1.3 Corrente Contínua	7
1.4 Exemplos de Motores CC	7
2. Velocidades Aplicáveis	7
2.1 Controle PWM	8
2.2 O Controle PWM	8
2.3 O que é PWM	9
2.4 O Controle PWM	10
Referências	11
Introdução 
O motor elétrico é uma máquina que transforma a potência elétrica em potência mecânica, em trabalho, e em uma reduzida porcentagem de perdas.
A energia elétrica utilizada hoje em dia na distribuição e transporte da mesma é a corrente alternada, porém os motores de corrente contínua tem tradicionalmente grandes aplicações nas indústrias sendo que, são eles que permitem variação de velocidade.
1 História
A eletricidade foi descoberta por um filosofo grego chamado Tales de Mileto que, ao esfregar um âmbar a um pedaço de pele de carneiro, observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira começaram a ser atraídas pelo próprio âmbar.
Do âmbar (gr. élektron) surgiu o nome eletricidade. No século XVII foram iniciados estudos sistemáticos sobre a eletrificação por atrito, graças a Otto von Guericke. Em 1672, Otto inventa uma maquina geradora de cargas elétricas onde uma esfera de enxofre gira constantemente atritando-se em terra seca. Meio século depois, Stephen Gray faz a primeira distinção entre condutores e isolantes elétricos.
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. O fenômeno da eletricidade estática já havia sido observado antes pelo grego Tales, em 641 a.C., ele verificou que ao atritar uma peça de âmbar com pano, esta adquiria a propriedade de atrair corpos leves, como pêlos, penas, cinzas, etc.
A primeira máquina eletrostática foi construída em 1663, pelo alemão Otto 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. Esta observação permitiu a Oersted reconhecer a íntima entre o magnetismo e a eletricidade, dando assim, o primeiro passo para em direção ao desenvolvimento do motor elétrico. O sapateiro inglês William Sturgeon – que paralelamente com sua profissão, estudava eletricidade nas horas de folga – baseando-se na descoberta de Oersted constatou, em 1825, que um núcleo de ferro envolto por um fio condutor elétrico transformava-se em um ímã quando se aplicava uma corrente elétrica, observando também que a força do ímã cessava tão logo a corrente fosse interrompida. Estava inventado o eletroímã, que seria de fundamental importância na construção de máquinas elétricas girantes.
1.1 Motor Elétrico
Quando o motor elétrico é ligado à rede elétrica, ele absorve certa quantidade de energia elétrica e a transforma em torque para acionar uma determinada carga, como por exemplo, um eixo de uma máquina.
Este princípio de converter energia em trabalho é o mesmo de um motor de um automóvel, chamado de motor de combustão, a diferença é que ele é alimentado por um combustível (álcool, gasolina, etc) e o “combustível” do motor elétrico é a energia elétrica.
Simplificadamente os motores elétricos são constituídos de duas partes: o rotor que é a parte móvel (girante) e o estator ou carcaça que é a parte fixa desta máquina.
. Os motores elétricos são divididos em dois grandes grupos, tomando o valor da tensão como base:
· Corrente Contínua
· Corrente Alternada
Tanto os Motores de Corrente Contínua quanto os Motores de Corrente Alternada podem possuir excitação única, sendo ela no seu estator ou no seu rotor ou excitação dupla, excitada no rotor e no estator, neste último caso, apresentam a grande vantagem de poderem trabalhar em regime de motor ou em regime de gerador elétrico.
1.2 Corrente Alternada
São acionados através de uma fonte de corrente contínua. São muito utilizados em indústrias quando se faz necessário manter o controle fino da velocidade num processo qualquer de fabricação.
Os motores de corrente alternada ainda se dividem em mais dois grandes grupos:
Síncronos: é pouco utilizado nas indústrias, sua velocidade é constante, pois possui um induzido de campo constante pré-definido e, assim, aumenta a resposta ao processo de arraste criado pelo campo girante. É empregado quando se faz necessárias velocidades estáveis mesmo submetidos a cargas variáveis, quando se requer grande potência com torque constante e também pode ser usado para correção de fator de potência.
Assíncronos: geralmente trabalha em velocidade estável, que varia levemente com a carga mecânica aplicada ao seu eixo. É simples, robusto, de baixo custo, de reduzida necessidade de manutenção, sendo assim, é o motor mais utilizado industrialmente. Devido aos avanços da eletrônica é possível controlarmos a velocidade desses motores com o auxílio de inversores de frequência.
Geralmente, motores de indução de pequena potência são monofásicos, que necessitam de dispositivos especiais para a partida, pois não possuem arranque próprio.
Já os motores de maior potência são trifásicos de indução e tem arranque próprio e como exigem grande corrente da rede, no momento de sua partida, usam-se dispositivos especiais para diminuí-la.
Existe uma grande variedade de tipos de motores, como servomotores, com aplicação em número razoável nas indústrias, motores universais que podem funcionar tanto com C quanto com CA e são aplicados em equipamentos domésticos como furadeiras, máquinas de batedeiras, etc, que são de menores aplicações.
O motor C pode ser aplicado tanto como motor quanto como gerador, no caso de ser aplicado como gerador, recebe o nome de Dínamo. Porém, atualmente, com os avanços tecnológicos atuais e assim, o uso de fontes retificadoras que permitem transformar tensão alternada, gerada por máquinas elétricas de corrente alternada (alternadores), em tensão contínua de maneira controlada, atualmente, a operação como gerador fica limitada aos momentos de frenagem e reversão de um motor. É também devido a avanços nos acionamentos dos motores CA, como Soft- Starter e Inversores de Frequência, e a viabilidade econômica que, estes, têm substituído os motores C. Porém quando se necessita manter o torque, mesmo com variação da carga e da velocidade do motor, os motores C são a melhor escolha como em: máquinas de papel, bobinadeiras e desbobinadeiras, laminadores, máquinas de impressão, extrusoras, prensas, elevadores, etc.
1.3 Corrente Contínua
O motor de corrente contínua (CC) é uma máquina elétrica que transforma energia elétrica em energia mecânica. A máquina CC funciona a partir do princípio da atração e repulsão de campos magnéticos. Motores CC apresentam configurações onde possuem imãs permanentes ou eletroímãs como é o caso de motores de grande porte. O resultado da interação dos campos magnéticos é a produção de um conjugado eletromecânico produzindo 
1.4 Exemplos de Motores CC 
2. Velocidades Aplicáveis
Os motores de corrente contínua 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 utilizadaem servo-mecanismos. Há diversas formas de ligação de ligação de motores de corrente contínua.
2.1 Controle PWM
Um dos grandes problemas do controle de pequenos motores é manter o torque em toda a faixa de rotações. A não linearidade do comportamento desses motores dificulta o uso de controles lineares e a solução mais usada consiste no emprego de um controle PWM. Descrevemos nesse artigo um controle que serve para motores de 3 a 12 V e que exijam correntes até aproximadamente 2 A.
A velocidade de um pequeno m No entanto, como cada pulso tem a tensão máxima nominal, o motor não sente com a inércia que ocorre quando aplicamos baixas tensões, mantendo seu torque.
Para aumentar a potência aplicada, obtendo-se maior velocidade basta aumentar a largura do pulso, e para diminuir a velocidade ou a potência aplicada, basta diminuir a velocidade do pulso.
Em suma, podemos controlar a velocidade, mas mantendo o torque numa faixa mais próxima do máximo, modulando os impulsos aplicados em sua largura, daí o nome dessa técnica amplamente usada nas aplicações de mecatrônica em todos os níveis.
Veja então que um motor que tenha esse tipo de controle pode girar sem quase perder o torque a partir do zero, conseguindo-se rotações muito baixas, impossíveis de obter com um controle linear.
2.2 O Controle PWM
Um controle PWM típico é então formado por um oscilador retangular que tenha o ciclo ativo ajustado através de um potenciômetro.
O sinal desse oscilador é então aplicado a um dispositivo de potência que tanto pode ser um transistor de efeito de campo de potência (MOSFET de potência) como um Darlington de potência.
A freqüência típica de um circuito desse tipo estará entre 50 e 2 000 Hz dependendo do motor usado.
No nosso circuito usamos um circuito 4093 para formar o oscilador tendo o ciclo ativo e, portanto, a modulação controlada por P1. Outros osciladores retangulares que possam ter o ciclo ativo alterado também funcionarão em configurações semelhantes.
O mesmo circuito oscilador também pode ser elaborado com portas NAND ou NOR como a 4001 ou 4011, no entanto, dada as características não disparadoras desses Cis, o circuito poderá gerar um pouco mais de interferência ou oscilações.otor de corrente contínua depende da carga mecânica a ele acoplada. Essa velocidade pode ser controlada alterando-se a tensão aplicada ao motor e com isso a corrente através de suas bobinas.
O que temos então é um controle linear de velocidade que atua diretamente sobre a potência do motor a qual depende da carga mecânica.
Este tipo de controle tem diversas desvantagens. Uma delas, e a principal, é que não se consegue manter a velocidade constante nas baixas rotações, pois a variação da carga reflete no circuito com perdas de potência e até oscilações.
Outro problema bastante desagradável nesse circuito é que ele não consegue proporcionar uma partida suave para o motor que tende a dar "um salto" quando a tensão mínima que o tire do repouso é alcançada.
Esse comportamento errático dos controles lineares entretanto pode ser eliminado com o uso de um controle PWM ou Pulse Width Modulation (Modulação por Largura de Pulso).
 
2.3 O que é PWM
Se levarmos em conta que a potência e, portanto, a velocidade de um pequeno motor DC depende da tensão aplicada podemos usar de um artifício interessante para variar essa potência sem, entretanto, modificar a tensão aplicada ao motor.
A idéia consiste em trabalhar com o tempo como uma segunda variável no circuito de controle.
Se aplicarmos ao motor pulsos retangulares que tenham a tensão nominal do motor, mas que durem 50% do tempo, ou seja, um ciclo ativo de 50%, como mostra a figura 2, podemos dizer que a potência média do motor será 50% da máxima.
 
No entanto, como cada pulso tem a tensão máxima nominal, o motor não sente com a inércia que ocorre quando aplicamos baixas tensões, mantendo seu torque.
Para aumentar a potência aplicada, obtendo-se maior velocidade basta aumentar a largura do pulso, e para diminuir a velocidade ou a potência aplicada, basta diminuir a velocidade do pulso.
Em suma, podemos controlar a velocidade, mas mantendo o torque numa faixa mais próxima do máximo, modulando os impulsos aplicados em sua largura, daí o nome dessa técnica amplamente usada nas aplicações de mecatrônica em todos os níveis.
Veja então que um motor que tenha esse tipo de controle pode girar sem quase perder o torque a partir do zero, conseguindo-se rotações muito baixas, impossíveis de obter com um controle linear.
 
2.4 O Controle PWM
Um controle PWM típico é então formado por um oscilador retangular que tenha o ciclo ativo ajustado através de um potenciômetro.
O sinal desse oscilador é então aplicado a um dispositivo de potência que tanto pode ser um transistor de efeito de campo de potência (MOSFET de potência) como um Darlington de potência.
A freqüência típica de um circuito desse tipo estará entre 50 e 2 000 Hz dependendo do motor usado.
	
	
Referências
https://museuweg.net/blog/a-historia-do-motor-eletrico/
http://www.jf.ifsudestemg.edu.br/dario/baixar/Eletronica-10-3-2010.pdf
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM249/Instalacoes%20El%E9tricas%20Industriais-Jo%E3o%20Mamede%20Filho%207%AA%20Edi%E7%E3o/6.Motores%20eletricos.pdf
https://www.ebah.com.br/content/ABAAAe1roAI/controle-velocidade-motores-cc