Máquinas elétricas aula 2.3

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Máquinas Elétricas
Motor CC
Seção 2.3
Tipos de motores de corrente contínua
• São caracterizados pelo tipo de conexão do enrolamento de 
excitação, assim como os geradores.
• Modo de excitação de campo: independente, ou auto-
excitados.
• No modo como os enrolamentos de campo e de armadura 
são ligados, resultando em diferentes características elétricas.
• Motor CC há a conversão de energia elétrica em energia 
mecânica.
• O enrolamento da armadura da máquina CC é conectado a 
uma fonte de tensão contínua, desenvolvendo um torque 
mecânico e entregando potência mecânica em seu eixo.
Circuito elétrico para motor CC com 
excitação independente
• O motor CC tem grande aplicabilidade, pois pode 
fornecer com precisão uma faixa de velocidades em que 
pode ser feito o controle de torque.
Circuito elétrico para motor CC com 
excitação independente
• O lado direito apresenta as bobinas de campo que produzem 
o fluxo magnético da máquina. Essas bobinas são 
representadas pela resistência Rf e pela indutância Lf . Pode-
se associar um resistor variável a este enrolamento para o 
ajuste da corrente de campo.
Circuito elétrico para motor CC com 
excitação independente
• Do lado esquerdo temos o circuito de armadura, composto 
por:
• fonte ideal Ea em série com o resistor Ra que representa as 
perdas na armadura. 
• A tensão nas escovas sendo representada pela fonte CC 
Vescova com polaridade reversa em comparação ao fluxo de 
corrente. 
• Tais perdas podem ser representadas juntamente com a 
resistência Ra , de forma que a fonte Vescova pode ser omitida.
Equação característica do motor CC com 
excitação independente
• ka é uma constante de proporcionalidade relativa a 
construção da máquina,
• ᶲ é o fluxo magnético 
• ωm é a velocidade angular do eixo do motor.
Equação característica do motor CC com 
excitação independente
• O torque T provocado no eixo do motor é:
principais tipos de
motores cc
• Motor CC de derivação (campo shunt), 
• Motor CC série
• Motor CC composto.
motor de derivação ou de campo shunt
• Mais indicado para quando se 
deseja variar a velocidade de 
rotação do motor.
• O circuito equivalente é:
• A conexão do enrolamento de 
campo é conectada em paralelo com 
o enrolamento de armadura. 
• é alimentada por uma fonte CC que 
fornece a tensão terminal Vt .
• O controle da excitação é realizado a 
por um resistor em série com o 
enrolamento de campo (Rfc).
motor de derivação ou de campo shunt
• Ao diminuir a corrente de campo, o 
fluxo de excitação diminui e, para 
manter a tensão e o torque no eixo, 
o motor acelera e a corrente de 
armadura aumenta.
• Verifica que caso a corrente de 
campo seja interrompida, o motor 
pode ser danificado pelo excesso de 
velocidade.
• Possui velocidade constante, dada 
uma corrente de campo fixa.
• A equação que governa o motor CC com campo shunt, 
quando funcionando em regime permanente, é a mesma 
equação para o motor com excitação independente:
• A tensão terminal é a mesma tensão aplicada no circuito de 
armadura:
• A corrente terminal é:
• A corrente de campo é:
• A diferença entre este tipo de motor CC autoexcitado, e o 
motor CC com excitação independente é que uma única fonte 
CC é necessária para a alimentação da máquina.
Exercício
• Considere um motor do tipo derivação shunt com tensão 
de 160 V. Determine a corrente de partida deste motor, 
sabendo que a resistência de armadura tem resistência 
igual à 0,08 Ohms e resistência de campo igual à 100 
Ohms.
Exercício
• Na partida da máquina a velocidade é igual à zero, logo:
• a resistência de armadura é:
• A corrente de campo será:
• Logo:
• Se um motor CC for diretamente conectado a uma fonte, 
a corrente de partida pode ser muito perigosa para a 
máquina, principalmente devido à corrente de armadura 
no momento da partida. 
• Na aplicação prática, a partida da máquina é feita 
utilizando resistências externas conectadas ao 
enrolamento de armadura (os dispositivos de proteção 
de partida) ou controlando a tensão de armadura da 
máquina.
Dispositivo de proteção e partida (DPP)
• Utilizado para realizar a partida do motor CC evitando as altas 
correntes.
• Na partida da máquina, o contato é fechado na posição 1, 
neste momento, todas as resistências estão em série com o 
enrolamento de armadura limitando a corrente de partida.
• A medida que o motor aumenta a velocidade, o contato é 
fechado sequencialmente nas posições 2, 3 e 4 até ser 
mantido na posição 5 pelo eletroímã que é percorrido pela 
corrente de campo.
• Pode-se utilizar uma fonte CC de baixo valor de tensão na 
partida e aumenta-la à medida que o motor ganha 
velocidade. isso requer uma fonte de tensão variável, o
que aumentará o custo de implementação.
No decorrer da operação da máquina, quando a tensão Ea
existir devido a rotação, a corrente de armadura é:
A corrente de armadura pode ser controlada variando
a tensão de alimentação da máquina, a resistência externa por 
meio de um DPP, ou variando a corrente de campo If (por meio 
de potenciômetros em série com o enrolamento de campo). 
Deve-se atentar que a velocidade de rotação da máquina 
também será alterada, exigindo-se um controle adequado.
Fluxo de potência no motor CC
• A potência de saída é a potência mecânica entregue ao 
eixo, menos as perda.
Potência no motor CC
• Desprezando as perdas rotacionais, temos que a potência 
mecânica:
• Perdas na armadura consistem em perdas no cobre, perdas 
por corrente de Foucault e por histerese.
• A potência elétrica é fornecida ao enrolamento de campo de 
forma a criar um fluxo magnético no qual a armadura do rotor 
está imersa, transmite-se assim uma potência elétrica dada 
por:
• Parte dessa potência elétrica é perdida no enrolamento de 
campo:
• Outra parte é perdida no enrolamento de armadura.
• A porcentagem de perdas na máquina CC depende de seu 
tamanho, tanto em termos construtivos como em termos de 
potência.
• Para máquinas de potência na faixa de 1 a 100 kW ou 1 a 
100 hp, normalmente estas perdas se distribuem em 1 a 7% 
da potência de entrada perdida nos enrolamentos de campo, 
e de 2 a 4% de perdas nos enrolamentos da armadura.
• As perdas rotacionais ficam em torno de 3 a 15%.
• Máquinas de menor porte podem ter maiores porcentagens 
de perda e, da mesma forma, máquinas de maior porte 
apresentam menor porcentagem de perdas.
• A eficiência da máquina corresponde à razão da potência de 
saída em relação à potência de entrada:
Exercício
• Considere um motor CC série de 300 V com a impedância 
dos enrolamentos série e de armadura apresentando uma 
resistência total de 0,5 Ohms. As perdas rotacionais totalizam 
em 500 W. Qual será a tensão induzida na armadura, a 
potência mecânica e o rendimento da máquina quando sua 
corrente de armadura é de 100 A?
Exercício
• A potência mecânica:
• O rendimento da máquina:
Motor CC de campo série (a) circuito 
equivalente (b) Característica de Txw
• O fluxo magnético para esse tipo de motor é:
• c é uma constante de proporcionalidade
• Ia é a corrente de armadura.
• O torque à corrente de armadura:
• O torque depende desse tipo de máquina com o quadrado 
da corrente de armadura.
• A característica nos terminais de um motor CC série é 
dada pela relação entre a velocidade de rotação do eixo 
e o torque induzido da máquina.
Motor CC de campo série (a) circuito 
equivalente (b) Característica de Txw
• verifica que, para cargas elevadas, a velocidade é muito 
baixa e, para cargas mais leves, a velocidade é elevada. 
Uma resistência pode ser colocada em série com o 
enrolamento de campo e de armadura de forma a 
controlar a velocidade do motor.
Motor série
• utilizado quando se deseja um grande torque de partida, 
ou seja, quando é necessário movimentar cargas mais 
pesadas. A regulação de velocidade é pobre e diminui à
medida em que a carga aumenta. Desse modo,é 
recomendado que o motor parta com carga, pois, caso 
contrário, ele pode girar com tanta velocidade que pode 
ser danificado. Um exemplo típico de motor série é o 
motor de arranque usado em automóveis. Esse tipo de 
motor é excelente em aplicações que demandam o 
transporte de cargas pesadas, tais como trens e veículos 
de tração.
Motor CC composto
• Tem ao mesmo tempo características do tipo série e do 
tipo shunt, dependendo de como controlamos a corrente 
nos campos e como estes são dispostos, é possível 
utilizar esta configuração para eliminar o risco de baixas 
rotações com elevadas correntes de carga, presente no 
motor de campo série, por exemplo.
• O campo é composto por dois enrolamentos: um 
principal e um auxiliar, que podem ser o enrolamento 
shunt ou a série, que normalmente são ligados de forma 
que os fluxos se adicionem.
Motor composto aditivo
• Esta configuração permite um 
comportamento mais estável da 
máquina na ocorrência de 
operações com grandes 
oscilações de carga.
• A corrente de armadura aumenta 
com a elevação da carga, 
podendo fazer o motor disparar 
e, neste caso, a corrente de 
campo também será aumentada.
Motor composto aditivo
• A força magnetomotriz resultante
• A corrente de campo efetiva ( If^ef ) do 
ramo em derivação são:
• Força magnetomotriz do circuito de 
campo
• Forçamagnetomotriz do circuito série
• força magnetomotriz produzida pela 
reação da armadura
• NSE é o número de espiras por polo no 
circuito série 
• Nf é número de espiras por polo no 
circuito de campo.
Curvas de conjugado por velocidade do 
motor CC composto
• A característica de um motor CC composto, velocidade 
do eixo versus o torque induzido na máquina, pode ser 
representada pela curva mostrada na Figura
Controle de velocidade
• O controle de velocidade dos motores de corrente 
contínua pode ser feito essencialmente de 3 formas 
diferentes:
• Através da tensão de alimentação da armadura.
• Através do controle do campo de excitação da máquina.
• Através do controle da resistência externa conectada ao 
circuito da armadura.