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Universidade Federal do Maranhão - UFMA
Centro de Ciências Exatas e Tecnologias – CCET
Curso de Engenharia Elétrica
Laboratório de Máquinas Elétricas
Gilberto Balby Araujo Filho - 2016038657
CARACTERÍSTICAS DA MÁQUINA DE CORRENTE CONTÍNUA, OPERANDO NO MODO MOTOR, NAS DIVERSAS FORMAS DE EXCITAÇÃO
São Luís, 2021
Gilberto Balby Araujo Filho
CARACTERÍSTICAS DA MÁQUINA DE CORRENTE CONTÍNUA, OPERANDO NO MODO MOTOR, NAS DIVERSAS FORMAS DE EXCITAÇÃO
Relatório apresentado como requisito para obtenção de nota na disciplina Laboratório de Máquinas Elétricas, no curso de Engenharia Elétrica, na Universidade Federal do Maranhão.
Prof. Dr. José Gomes de Matos
São Luís, 2021
PROCEDIMENTOS GERAIS
	As seguintes características das máquinas para gerar este presente relatório.
Tabela 1- Dados das máquinas síncronas (gerador) e da Máquina de Corrente Contínua (motor)
	Máquina
	Potência Nominal
	Tensão Nominal
	Corrente Nominal
	Velocidade Nominal
	Número de polos P
	Velocidade Síncrono (RPM)
	Gerador Síncrono
	2 KVA
	230 V
	5 A
	1800
	4
	1800
	Motor CC
	2 kW
	220 V
	9 A
	1800
	4
	-----------
	
Foram feitas quatro topologias de conexões deste motor e identificar, em cada uma delas, o comportamento das medições elétricas, como tensão, corrente de campo, correntes de armadura.
	A máquina em questão no laboratório é de 4 polos, sendo estes espaçados em 90° de cada um. A cada polo, uma nova escova. Outros componentes desta máquina: enrolamento de campo; comutador; e enrolamento de armadura.
	O gerador síncrono, no primeiro momento, é tido como gerador síncrono em vazio (sem excitação de campo), logo extrai-se as primeiras medições. Em seguida, medições com a tensão de armadura e a corrente de campo da máquina CC nos valores nominais, com a carga no eixo variando através da corrente de excitação da máquina síncrona até que a corrente de armadura da máquina CC alcance o valor de plena carga.
	Por último, medições realizadas com a variação da tensão de armadura em menos 10% na condição de máxima carga.
MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA COM EXCITAÇÃO INDEPENDENTE
Esta primeira topologia de ligação é expressa de acordo com a Figura 1.
	Operando em vazio, a tensão nominal de entrada é de 220 V. Neste modo, a máquina opera em 1378 rpm. Para aumentar esta rotação, basta reduzir a corrente de campo. Com isto, a máquina síncrona, mas possui uma tensão residual induzida (baixa próximo de 10 V e frequência de 45,9 Hz devido a rotação, se aumentar a rotação, aumentará a frequência também).
Tabela 2 – Motor CC com excitação independente (dados CA 5 voltas no amperímetro)
	Máquina de Corrente Contínua
	Máquina Síncrona (carga)
	Va (V)
	If (mA)
	Ia (A)
	N (RPM)
	Pin (W)
	VL (V)
	IL (A)
	Pout (W)
	Rend. (%)
	220,8
	350
	1,2
	1800
	1324,8
	7,8
	0
	0
	0
	220,8
	350
	5,0
	1756
	5520
	126,8
	16,69
	3659
	66,28
	220,8
	350
	8,0
	1740
	8832
	165,8
	21,77
	6250
	70,77
	Ressalta nesta topologia a necessidade de se alimentar primeiro o enrolamento de campo, pois caso contrário, o termo do conjugado na partida do motor é zero, e desta forma a corrente de partida pode atingir elevadíssimos valores, comprometendo a integridade e segurança. A tabela 1 também ilustra que nesse tipo de conexão há uma relação proporcional entre tensão de armadura e velocidade, assim como a corrente de campo e velocidade também atendem à essa relação.
A ligação é através do corrente de campo, podendo ir até 600 mA para este motor. Insere uma tensão de armadura e a máquina começa a girar e à medida em que se aumenta a tensão na armadura, ocorre o aumento da rotação da máquina. O sentido de rotação pode ser alterado através da corrente de campo ou da tensão de armadura, não podendo ocorrer a mudança de ambos.
MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA COM EXCITAÇÃO DERIVAÇÃO (SHUNT).
	Esta topologia é benéfica devido a variação de carga imposta no eixo mecânico, pois sofre pequenas deformações na velocidade de rotação e posteriormente as medidas elétricas do motor, necessitando de poucos ajustes para manter estas variações de carga.
	Não obstante, o controle desta topologia se dá pelo corrente de campo, podendo assim, aumentar a rotação. Para a partida demora um pouco mais que a excitação independente. A corrente de campo é a tensão dividida pela resistência do reostato em série com a resistência do campo.
Tabela 3 – Motor CC com excitação derivação
	
	Máquina de Corrente Contínua
	Máquina Síncrona (carga)
	Va (V)
	If (mA)
	IF (A)
	Ia (A)
	N (RPM)
	Pin (W)
	VL (V)
	IL (A)
	Pout (W)
	Rend. (%)
	221,3
	350
	1,7
	1,7
	1800
	1881,05
	7,45
	0
	0
	0
	221,3
	350
	5,0
	4,6
	1757
	5089,9
	118,4
	15,61
	3200
	62,86
	221,3
	350
	8,80
	7,4
	1744
	8188,1
	160,5
	21,09
	5860
	71,56
	Devido ao controle de corrente de campo para controle da rotação, um reflexo imediato é na frequência. Com a redução da corrente de campo, aumenta-se diretamente a frequência. Ademais, colocando-se uma carga no eixo mecânico do motor, há uma queda na rotação e, consequentemente, uma queda de tensão em paralelo a uma queda de corrente também.
	Com relação a rotação, a máquina com excitação em shunt é mais imune a variação na carga do que máquina de excitação independente, que é muito maior.
MOTOR DE EXCITAÇÃO COM EXCITAÇÃO COMPOSTA
	Há duas formas nesta topologia representa na Figura 2: aditiva e subtrativa. Neste experimento realizou-se apenas a aditiva, devido a subtrativa ter uma ser potencialidade de danos à máquina.
		É uma topologia intermediária entre a excitação independente e excitação shunt. Nesta excitação composta aditiva propõe amplas formas de controle de velocidade, pois a mesma equilibra características da conexão série e shunt, intermediando por exemplo tanto o comportamento do motor no que se refere à variação da carga e da velocidade, quanto ao valor da corrente de partida.
Tabela 4 – Motor CC com excitação Composta (Aditiva)
	
	Máquina de Corrente Contínua
	Máquina Síncrona (carga)
	Va (V)
	If (mA)
	IL (A)
	Ia (A)
	N (RPM)
	Pin (W)
	VL (V)
	IL (A)
	Pout (W)
	Rend. (%)
	222
	330
	1,6
	2,4
	1804
	2664
	12,92
	0
	0
	0
	222
	330
	5,0
	5,1
	1634
	5661
	121,1
	15,91
	3340
	59
	222
	330
	8,0
	8,3
	1518
	9213
	164,5
	21,55
	6140
	66,64
MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA COM EXCITAÇÃO SÉRIE
	Há uma relação inversamente proporcional entre a carga e a velocidade (uma aumenta enquanto a outra diminui, e vice-versa), porém, a corrente de partida nesta conexão mostrou-se menor do que a corrente necessária na conexão shunt, tendo um alto conjugado de partida.
	Apresenta também a característica de operação em vazio, isto é a velocidade de rotação é muito alta. 
	Máquina de Corrente Contínua
	Máquina Síncrona (carga)
	Va (V)
	Is (A)
	Ia (A)
	N (RPM)
	Pin (W)
	VL (V)
	IL (A)
	Pout (W)
	Rend. (%)
	102,7
	2,6
	2,6
	1812
	1335,1
	7,81
	0
	0
	0
	102,7
	5,0
	5,0
	1034
	2567,5
	79,1
	10,40
	1425
	55,5
	103
	7,6
	7,6
	706,5
	3914
	103,2
	13,56
	2426
	61,98
Tabela 5 – Motor CC com excitação série
CONCLUSÕES
	Percebe-se, através destas quatro topologias, a versatilidade que o motor CC pode conter. Demonstrando por igual a sua aplicabilidade em mais diversas situações nas quais variando algumas características elétricas são facilmente convertidas em potências mecânicas de fornecimento, com um alto controle de velocidade.
	Portanto, neste preparatório conheceu-se brevemente algumas das variações existentes para motores CC e suas aplicações. Vale ressaltar que estas topologias e conexões mudarão para o quantitativo de polos salientes no motor.