UNESP – Universidade Estadual Paulista Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá Departamento de Engenharia Elétrica Motores de Corrente Contínua Alexandre Mariano ele00020 Elcio Kusahara ele00033 Professor Marcio Abud Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II Índice 1. Princípio de funcionamento de motores ....................................................................... 3 2. Geração de uma corrente continua .............................................................................. 4 3. Motores de corrente continua ....................................................................................... 5 3.1. Construção do motor DC ....................................................................................... 6 3.2. Campos e circuitos magnéticos do motor CC........................................................ 9 3.2.1. Reatância da armadura ................................................................................ 10 3.2.2. Comutação e interpólos (pendência)............................................................ 12 3.2.3. Problemas com a comutação ....................................................................... 13 3.3. Características e aplicações de motores DC ....................................................... 15 3.3.1. Motor Série ................................................................................................... 15 3.3.2. Motor de campo em derivação ..................................................................... 16 3.3.3. Motor de campo composto ........................................................................... 17 3.3.4. Motor de campo com Imã Permanente ........................................................ 18 4. Conclusão................................................................................................................... 19 Índice de figuras Figura 1................................................................................................................................ 3 Figura 2 Figura 3 ........................................................................................................ 4 Figura 4................................................................................................................................ 4 Figura 5................................................................................................................................ 5 Figura 6................................................................................................................................ 5 Figura 7................................................................................................................................ 6 Figura 8 Figura 9 ........................................................................................................ 9 Figura 10.............................................................................................................................. 9 Figura 11............................................................................................................................ 10 Figura 12............................................................................................................................ 10 Figura 13............................................................................................................................ 11 Figura 14............................................................................................................................ 11 Figura 15............................................................................................................................ 11 Figura 16............................................................................................................................ 12 Figura 17............................................................................................................................ 12 Figura 18............................................................................................................................ 13 Figura 19............................................................................................................................ 14 Figura 20............................................................................................................................ 15 2 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II 1. Princípio de funcionamento de motores Antes de entrarmos propriamente no assunto sobre motores de corrente contínua, ou motores DC, devemos considerar inicialmente dois pontos sobre o funcionamento de motores em geral: - Dois imãs permanentes tendem a se alinhar com os pólos opostos Dois eletroímãs, quando excitados, tendem alinhar-se com os eixos longitudinais tomando a direção do campo. Mesmo que ímãs permanentes sejam freqüentemente usados, principalmente em pequenos motores, pelo menos alguns dos ‘ímãs' de um motor devem ser 'eletroímãs'. Um motor não pode funcionar se for construído exclusivamente com ímãs permanentes pois, não somente não haverá o torque inicial para disparar o movimento, se eles já estiverem em suas posições de equilíbrio, como apenas oscilarão, em torno dessa posição, se receberem um empurrão externo inicial. É condição necessária que algum pólo altere sua polaridade para garantir a rotação do rotor (armadura ou induzido). Vamos entender melhor isso, através da ilustração abaixo: Figura 1 Um motor simples consiste de uma bobina que gira entre dois ímãs permanentes. (a) Os pólos magnéticos da bobina (representados como ímã) são atraídos pelos pólos opostos dos ímãs fixos. (b) A bobina gira para levar esses pólos magnéticos o mais perto possível um do outro mas, (c) ao chegar nessa posição o sentido da corrente é invertido e (d) agora os pólos que se defrontam se repelem, continuando a impulsionar o rotor. Acima esquematizamos um motor simples onde o estator é constituído por ímãs permanentes e o rotor é uma bobina por onde circula uma corrente elétrica. Uma vez que as correntes elétricas produzem campos magnéticos essa bobina se comporta como um ímã permanente, com seus pólos N (norte) e S (sul) como mostrados na figura 1. 3 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II 2. Geração de uma corrente continua Ao girar-se uma espira condutora em um campo magnético, aparece uma corrente alternada senoidal. Segundo a Lei de Lenz, a tensão do lado S1 da bobina tem o sentido exatamente oposto da tensão do lado S2. Nos pólos livres da bobina pode-se retirar esta tensão dupla (figura 2). Figura 2 Figura 3 Aos dois terminais da bobina são ligados dois anéis coletores (figura 2), posicionados em um eixo e isolados eletricamente. Nas escovas A e B a tensão gerada é retirada. O valor da tensão induzida varia continuamente com o tempo, na proporção em que são interceptadas quantidades diferentes de linhas de campo (figura 3) e sobre uma velocidade angular de giro constante (figura 4). Figura 4 Durante o semiciclo positivo o condutor S1 passa pelo pólo norte (e S2 pelo pólo sul), e no semiciclo negativo o condutor S2 é que passa pelo pólo norte (e S1 pelo pólo sul). Com anéis coletores bipartidos pode-se retirar uma tensão contínua e termos um gerador DC, bem como podemos aplicar uma tensão contínua para acionarmos um motor, como veremos a seguir. 4 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II 3. Motores de corrente continua Na maioria dos motores elétricos de corrente contínua, ou CC, o rotor é um eletroímã que gira entre os pólos de ímãs permanentes estacionários. Para tornar esse eletroímã mais eficiente o rotor contém um núcleo de ferro, que torna-se fortemente magnetizado, quando a corrente flui pela bobina. O rotor girará desde que essa corrente inverta seu sentido de percurso cada vez que seus pólos alcançam os pólos opostos do estator. O modo mais comum para produzir essas reversões é usar um comutador (figura 5). Figura 5 A corrente flui ora num sentido ora no outro, no rotor desse motor CC, graças às escovas de metal. Essas escovas tocam o comutador do rotor de forma que a corrente inverte seu sentido a cada meia volta do rotor. Em sua forma mais simples (figura 6), um comutador apresenta duas placas de cobre encurvadas e fixadas (isoladamente) no eixo do rotor; os terminais do enrolamento da bobina são soldados nessas placas. A corrente elétrica chega por uma das escovas (+), entra pela placa do comutador, passa pela bobina do rotor, sai pela outra placa do comutador e retorna á fonte pela outra escova (-). Nessa etapa o rotor realiza sua primeira meia-volta. Eis um visual completo: Figura 6 Nessa meia-volta, as placas do comutador trocam seus contatos com as escovas e a corrente inverte seu sentido de percurso na bobina do rotor. E o motor CC continua girando, sempre com o mesmo sentido de rotação. Mas, o motor CC acima descrito tem seus problemas. Primeiro não há nada que determine qual será o sentido de sua rotação na partida, tanto poderá iniciar girando no sentido horário como no sentido anti-horário. Segundo, é que por vezes, as escovas 5 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II podem iniciar tocando ambas as placas ou eventualmente nenhuma; o motor “não dá partida”. Para que a partida se dê com total confiança e no sentido certo, é preciso que as escovas sempre enviem corrente para o rotor e que não ocorra nenhum curto circuito entre as placas devido às escovas. Na maioria dos motores CC consegue-se tais exigências colocando-se várias bobinas no rotor, cada uma com seu par de placas no comutador. Conforme o rotor gira, as escovas suprem a corrente para as bobinas, uma de cada vez, uma após a outra. A largura das escovas também deve ser bem planejada. O rotor de um motor CC gira com velocidade angular que é proporcional à tensão aplicada em suas bobinas. Tais bobinas têm pequena resistência elétrica e conseqüentemente seriam percorridas por intensas correntes elétricas se o rotor permanecesse em repouso. Todavia, uma vez em movimento, as alterações do fluxo magnético sobre tais bobinas, geram uma força contra-eletromotriz (fcem), extraem energia daquela corrente e baixa as tensões elétricas sobre tais bobinas. O torque resultante se anulará quando essa fcem se igualar á tensão elétrica aplicada; a velocidade angular passa a ser constante. Em geral, carregando-se o motor (ligando seu eixo a algo que deve ser movimentado) sua rotação não varia acentuadamente, mas, uma maior potência será solicitada da fonte de alimentação (aumenta a intensidade de corrente de alimentação). Para alterar a velocidade angular devemos alterar a tensão aplicada ao motor. O sentido de rotação do rotor depende das assimetrias do motor e também do sentido da corrente elétrica; invertendo-se o sentido da corrente o motor começará a girar ao contrario. 3.1. Construção do motor DC A figura 7 abaixo mostra um corte de uma máquina (motor/gerador) DC comercial típica, simplificada para dar ênfase às partes principais. Figura 7 6 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II O rotor consiste de: - Eixo da armadura, que imprime rotação ao núcleo da armadura, enrolamentos e comutador. Conectado mecanicamente ao eixo, temos: - Núcleo da armadura, construído de camadas laminadas de aço, provendo uma faixa de baixa relutância magnética entre os pólos. As lâminas servem para reduzir as correntes parasitas no núcleo, e o aço usado é de qualidade destinada a produzir uma baixa perda por histerese (figura 7.1). O núcleo contém ranhuras axiais na sua periferia para colocação do; - Enrolamento da armadura, constituído de bobinas isoladas entre si e do núcleo da armadura, colocadas nas ranhuras (figura 7.2) e eletricamente ligadas ao: Figura 7. 1 Figura 7. 2 - Comutador, o qual, devido á rotação do eixo, providencia o necessário chaveamento para o processo da comutação. O comutador consiste de segmentos de cobre, individualmente isolados entre si e do eixo, eletricamente conectados ás bobinas do enrolamento da armadura. O rotor da armadura das máquinas DC tem quatro funções principais: - permite rotação para ação geradora ou ação motora mecânica; - em virtude da rotação, produz a ação de chaveamento necessária para a comutação; - contém os condutores que induzem a tensão ou providenciam um torque eletromagnético e; - providencia uma faixa de baixa relutância para o fluxo. O estator da máquina DC consiste de: - Uma carcaça ou estrutura cilíndrica de aço ou ferro fundido ou laminado. Não apenas a carcaça serve como suporte das partes descritas acima, mas também providencia uma faixa de retorno do fluxo para o circuito magnético criado pelos; - Enrolamentos de campo, consistindo de umas poucas espiras de fio grosso para o campo-série ou muitas espiras de fio fino para o campo-shunt. Essencialmente, as bobinas de campo são eletromagnetos, cujos ampére-espiras (Ae) providenciam uma força magnetomotriz adequada á produção, no entreferro, do fluxo necessário para gerar uma fem ou uma força mecânica (figura 7.3). Os enrolamentos de campo são suportados pelos; - Pólos, constituídos de ferro laminado aparafusados ou soldados na carcaça após a inserção dos enrolamentos de campo nos mesmos (figura 7.3). A sapata polar é curvada, e é mais larga que o núcleo polar, para espalhar o fluxo mais uniformemente. 7 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II Figura 7. 3 - estator com quatro polos - O interpolo e seu enrolamento também são montados na carcaça da máquina. Eles estão localizados na região interpolar, entre os pólos principais, e são geralmente de tamanho menor. O enrolamento do interpolo é composto de algumas poucas espiras de fio grosso, pois é ligado em série com o circuito da armadura, de modo que a fmm é proporcional à corrente da armadura. - Enrolamentos de compensação (não vistos) são opcionais; eles são ligados da mesma maneira que os enrolamentos do interpolo, mas estão colocados em ranhuras axiais na sapata polar. - Escovas e anéis-suporte de escovas como interpólos e enrolamentos de compensação são partes do circuito da armadura. As escovas são de carvão e grafito, suportadas na estrutura do estator por um suporte tipo anel, e mantidas nos suportes por meio de molas, de forma que as escovas manterão um contato firme com os segmentos do comutador. As escovas estão sempre instantaneamente conectadas a um segmento e em contato com uma bobina localizada na zona interpolar. - Detalhes mecânicos - Mecanicamente conectados à carcaça estão os suportes contendo mancais nos quais o eixo da armadura se apóia, bem como os anéis-suporte de escovas em algumas máquinas. As conexões elétricas da máquina DC são mostradas nas duas figuras seguintes (8 e 9). A primeira mostra as conexões de campo-shunt no qual os enrolamentos do campo estão em paralelo com o circuito da armadura. A última mostra a conexão do campo-série na qual o enrolamento de poucas espiras com fio grosso do campo-série estão localizados nos pólos principais e ligados em série com o circuito da armadura. Note-se que os enrolamentos de compensação e interpólos, se empregados, são sempre parte do circuito da armadura, bem como as escovas. Note-se também que as conexões do campo-shunt da figura abaixo empregam o reostato de campo no circuito de campo. 8 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II Figura 8 Figura 9 É mais importante observar que a máquina DC da figura 9 pode ser usada universalmente e operará seja como máquina DC ou CA, ou ambas, como no caso do motor universal. Realmente, o termo maquina DC e uma denominação imprópria. A maior parte dos geradores e motores DC empregam a construção mostrada aqui e as conexões elétricas das figuras acima. Existem também máquinas que combinam as conexões de campo mostradas, criando as máquinas compostas. 3.2. Campos e circuitos magnéticos do motor CC Todas as máquinas, qualquer que seja o tipo ou propósito, requerem: (1) um enrolamento cuja a função é produzir um campo magnético; (2) um enrolamento com condutores conduzindo corrente; e (3) um meio de proporcionar movimento relativo entre (1) e (2). Figura 10 A figura 10 acima mostra a distribuição de fluxo produzida pelo estator de quatro pólos na armadura rotativa de uma máquina DC. Esteja a máquina operando como motor ou como gerador, o único fluxo útil para a ação motora ou geradora é o que liga ambos os condutores, do campo e da armadura, simultaneamente. Este fluxo, denominado de fluxo mútuo ou m é mostrado na Figura abaixo, como produzido pelo enrolamento de campo em torno dos núcleos polares. Laços completos do circuito magnético são formados, passando do pólo norte, através do entreferro, para concatenar com os condutores da armadura, de volta através do entreferro até o pólo sul, e retornando através da carcaça ao pólo norte original. Como há uma relutância dupla do entreferro no circuito do fluxo mútuo (e o comprimento do entreferro varia nas máquinas comerciais de 1/16 a 1/4 de polegada), existe a possibilidade de um circuito magnético mais curto (ou fluxo de dispersão não-mútuo), que não concatena simultaneamente campo e armadura. Uma faixa de fluxo disperso pode ser estabelecida diretamente do pólo norte ao pólo sul, ou de um dado pólo à carcaça, como se mostra pelo fluxo de dispersão designado por f mostrado na figura anterior. Os condutores que giram e conduzem corrente, devido à natureza do enrolamento da armadura, também tendem a produzir um fluxo de dispersão na armadura, mostrado na Figura a seguir, particularmente na porção da bobina que não está engastada no ferro 9 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II da armadura. Assim, ambos os enrolamentos, de campo e da armadura, tendem a produzir fluxos dispersos que são independentes do fluxo mútuo ou no entreferro. Figura 11 3.2.1. Reatância da armadura Dos dois fluxos de dispersão, o fluxo de dispersão do campo é de menor significado. A perda do fluxo de campo criada pela dispersão pode ser compensada pelo incremento da intensidade do campo. Além de reduzir levemente o fluxo mútuo, o fluxo de dispersão polar apenas afeta a operação da máquina durante os períodos transitórios, tais como partida ou mudança nas condições de carga. O fluxo de dispersão da armadura é de maior importância, pois é responsável pelo efeito denominado reatância de dispersão da armadura ou, simplesmente, reatância da armadura. A reatância da armadura varia, numa dada máquina, apenas com a corrente da armadura, pois é produzida pela corrente desta e abraça apenas os condutores da armadura. A reatância da armadura é simplesmente um efeito devido à indutância própria do condutor da armadura, e é observada, apenas, quando a corrente através do condutor está variando. Na máquina DC, a corrente no condutor da armadura (ignorando transitórios) muda apenas durante o período de comutação, quando inverte a direção da corrente nos condutores. A fem de autoindução, criada pela comutação dos condutores, dá origem à necessidade dos pólos de comutação ou interpólos na máquina DC. Isto será explicado de uma melhor forma a seguir. 3.2.1.1. Efeito da fmm de armadura A figura 12 mostra a secção transversal de uma maquina cc de 2 pólos. Secção transversal de uma maquina cc de dois pólos. Figura 12 10 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II As escovas são posicionadas de modo que a comutação ocorre quando os lados da bobina estão na zona neutra, ou seja, a meio caminho entre os pólos do campo. A figura 13 mostra este enrolamento desenvolvido no plano. Figura 13 Para uma maquina com escovas na posição neutra, a forma de onda de fmm real é aproximadamente triangular tracejado na figura 14 onde a parte positiva de uma ordenada indica linhas de fluxo deixando a armadura (figura 15). Distribuições da densidade de fluxo da armadura, do campo principal, e distribuição resultante, com escovas na posição neutra. Figura 14 Este efeito da fmm é chamada reação da armadura por magnetização transversal. Quando os enrolamentos de campo e armadura são ambos excitados, a distribuição de indução magnética resultante no entreferro é da forma dada pelo traço cheio da fig. 5.3. A distorção da distribuição de fluxo pela reação da armadura pode ter uma influencia prejudicial sobre a capacidade de comutar a corrente. Fluxo com somente a armadura excitada e escovas na posição neutra Figura 15 11 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II Quando o plano neutro está na vertical a comutação ocorre quando a tensão entre os segmentos do comutador é zero. Com o deslocamento haverá tensão diferente de zero. Isto implica em corrente circulando entre os segmentos curtocircuitados durante a comutação (veja figura 18). 3.2.2. Comutação e interpólos (pendência) Na figura 6 ao final do período de comutação, a corrente da bobina precisa ter o mesmo valor mas sentido oposto a do inicio. Uma variação linear de corrente com o tempo na bobina em comutação é o ideal (figura 16). Figura 16 O principal fator elétrico que atua contra esta linearidade é a indutância na bobina. A tensão de auto indução na bobina comutada e a tensão de indução mútua de outras bobinas passando por comutação ao mesmo tempo, se opõem a mudanças na corrente na bobina comutada. A soma destas duas tensões e chamada tensão de reatância. Outro fator no processo de comutação é a tensão induzida na bobina curtocircuitada. Para ajudar na comutação esta tensão tem que se opor à tensão de reatância. A indução magnética apropriada é introduzida na zona de comutação por meio de pólos pequenos e estreitos pólos colocados entre os pólos principais. Estes pólos auxiliares são chamados interpólos ou pólos de comutação. A figura 17 mostra o mapa do fluxo produzido quando excitados. A polaridade de um pólo de comutação precisa ser a do pólo principal imediatamente precedente. Figura 17 A fmm de interpolo precisa ser suficiente para neutralizar a fmm de magnetização transversal da armadura na região interpolar, mas também suficiente para fornecer a indução magnética necessária para que a tensão na bobina de armadura curtocircuitada cancele a tensão de reatância. Como a fmm de armadura e a tensão de reatância são proporcionais a corrente de armadura, o enrolamento de comutação precisa ser ligado em serie com a armadura. 12 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II 3.2.3. Problemas com a comutação Uma limitação no funcionamento de uma maquina cc é a capacidade de transferir a corrente de armadura através do contato de escovas no comutador, sem o aquecimento das mesmas e sem faiscamento (ocasionando corrosão, desgaste e queima do cobre e do carvão). Quando as bobinas comutadas são curto circuitadas pelas escovas produzem-se arcos e surtos de tensão nas escovas, o que diminui a vida útil das escovas e do comutador. Condições mecânicas para o desgaste: trepidação das escovas, comutador áspero, irregular ou gasto. As condições elétricas são devido a dois fatores já sabidos: a fmm de armadura e a onda de fluxo resultante. Portanto a distribuição do fluxo é importante para a comutação satisfatória. O processo de reação da armadura é mostrado na figura abaixo. Na figura 18a mostra o fluxo uniformemente distribuído e o plano magnético neutro na vertical. Na figura 18b é ilustrado o efeito do entreferro nas linhas de campo. Figura 18 Uma corrente circulando na armadura produz um campo magnético, conforme 18c. 18d mostra as linhas de campo produzidas pela armadura e pelo enrolamento de campo. Assim os fluxos devido ao campo produzido pela armadura e pelo enrolamento de campo se interagem provocando uma rotação do plano magnético neutro, conforme 18e. Quando o plano neutro está na vertical a comutação ocorre quando a tensão entre os segmentos do comutador é zero. Mas com o deslocamento haverá tensão diferente de 13 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II zero quando ocorrer a comutação. Isto implica em corrente circulando entre os segmentos curto circuitados durante a comutação. Recapitulando: na passagem pela zona neutra o sentido da corrente é invertido numa bobina do rotor. Outro efeito da reação da armadura é o enfraquecimento do fluxo magnético. Quando o fluxo diminui sua velocidade aumenta e o aumento da velocidade pode aumentar a corrente de carga enfraquecendo o campo. Ocorre uma instabilidade na velocidade do motor, podendo destruí-lo. Outro problema do comutador é o elevado L.di/dt que acontece quando os segmentos do comutador entram em curto durante a comutação. Algumas soluções para estes problemas podem ser vistos a seguir: 1) Deslocamento das escovas. Deslocar as escovas acompanhando o deslocamento do plano neutro. Problemas: (a) o deslocamento do plano neutro varia com a carga, (b) agrava o problema do enfraquecimento do fluxo magnético. 2) Interpólos ou pólos de comutação. Colocação de pólos auxiliares entre os pólos principais, mas com enrolamento em série com o enrolamento do rotor. Os interpólos não afetam o funcionamento da máquina pois são pequenos (figura 19). O interpolo gera um fluxo oposto ao gerado pela reação da armadura como já foi estudado, e devem ter a mesma polaridade do pólo principal anterior. Figura 19 3) Enrolamento de compensação. Coloca-se enrolamentos auxiliares nos pólos paralelos aos condutores do rotor (figura 20). O enrolamento de compensação atenua o efeito da reação da armadura mas não o L.di/dt. Portanto deve ser usado junto com interpólos. 14 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II Figura 20 3.3. Características e aplicações de motores DC A discussão das aplicações de máquinas DC envolve uma recapitulação dos aspectos principais das características de desempenho das máquinas, junto com a avaliação econômica e técnica da posição da máquina com relação aos dispositivos de conversão de energia competitivos. Para máquinas DC em geral, sua destacada vantagem está na sua flexibilidade e versatilidade. A principal desvantagem é provavelmente o investimento inicial. Contudo, as vantagens de motores DC são tais que eles retêm uma posição competitiva forte em aplicações industriais. Os três métodos mais comuns de controle de velocidade de motores DC são: ajuste do fluxo, usualmente por meio de um reostato de campo de derivação; ajuste da resistência associada ao circuito de armadura; ajuste da tensão terminal de armadura. Existem três tipos diferentes de motores DC quanto a construção : 3.3.1. Motor Série Abaixo é mostrado o circuito equivalente e as equações: 15 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II O motor de campo série tem como principais características a velocidade inversamente proporcional a carga, variações de velocidade adquirida através do controle de velocidade: por meio de reostato série, torque de partida muito elevado, onde a velocidade variável, ajustável, é satisfatória. Para prevenir sobrevelocidade, as cargas mais leves não devem ser inferiores a 15 ou 20% do torque a plena carga. Com essas características o motor de campo série é utilizado em aplicações como: Guindastes, elevadores e cargas tipo tração Não é permitida operação em vazio, pois isto poderá ocosionara saída das bobinas do motor das ranhuras e assim serão destruídas. Para operação segura do motor nunca desacoplá-lo de sua carga, alertando que acoplamentos a correia não devem ser usados para evitar a possibilidade de escorregamento. 3.3.2. Motor de campo em derivação Abaixo é mostrado o circuito equivalente e as equações: • O motor com campo em derivação é equipamento com um enrolamento de compensação de resistência desprezível, de forma que o efeito da desmagnetização do enrolamento de armadura é essencialmente neutralizado. • A variação de velocidade do motor que ocorre a medida que a carga muda o valor nominal a em vazio é chamada de regulação de velocidade (RV). Este tipo de motor possui as seguintes características: corrente de campo constante,controle de velocidade sobre uma ampla faixa de controle do campo • 16 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II derivação. Assim, é utilizado em bombas centrífugas, ventiladores, ventoinhas, prensas de impressão, ou seja, velocidade constante que requeiram torque de partida médio. O motor derivação a corrente de campo constante funciona a uma velocidade levemente em queda, mas quase constante, conforme carga é aumentada, sendo o conjugado quase proporcional à corrente de armadura; igualmente importante, entretanto, é o fato de que sua velocidade pode ser controlada sobre amplas faixas por controle do campo derivação ou controle da tensão da armadura, ou combinação de ambos. 3.3.3. Motor de campo composto • Neste tipo de máquina as conexões ao enrolamento de campo série são tais que o fluxo de campo série soma ao fluxo de campo em derivação.Tendo aplicações em bombas de sucção, máquinas de cortar, britadeiras prensas de perfurar, pois possui como principais características: torque de partida elevado e velocidade moderadamente constante. Abaixo é mostrado o circuito equivalente e as equações: 17 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II 3.3.4. Motor de campo com Imã Permanente • • • • • Utilizado em veículos motorizados, devido a disponibilidade de bateria recarregável. Desempenha tarefas como acionar limpadores pára-brisas, ventiladores, vidros elétricos, condicionadores de ar e antenas de rádio. Três tipos de materiais de construção: imã de alnico, imã cerâmico (ferrita) ou imãs de terras raras. Suas características são a elevada densidade de fluxo residual e grande força coersiva. Desvantagens para valores nominais de alguns HP’s: Desmagnetização dos imãs permanentes com valores excessivos de corrente de armadura. Em virtude de sua habilidade para trabalhar com pesadas sobrecargas de conjugado, e de amortecer a sobrecarga de potência associada por meio de uma queda de velocidade, e em virtude de sua habilidade de sustentar severos regimes de partida, o motor série é melhor adaptado a elevadores, guindastes, e cargas tipo tração. Sua habilidade é quase sem rival neste aspecto. As variações de velocidade são conseguidas usualmente por controle de resistência de armadura. Em alguns casos, o motor de indução de rotor enrolado com controle por resistência de rotor compete com o motor série, mas o argumento principal é a disponibilidade e o custo de uma fonte de potência em CC, em lugar das características próprias do motor. Os motores compostos com um forte campo série têm características de desempenho próximas daquelas dos motores série, exceto que o campo de derivação limita a velocidade em vazio em valores seguros; aplicam-se, portanto, as observações gerais de motor série. Os motores compostos com enrolamentos série mais fracos não raramente encontram competição por parte de motores de indução de gaiola com rotores de alta resistência – assim chamados motores de alto escorregamento. Ambos os tipos de motores provêem uma característica velocidade-carga inclinada, tal como é desejável, por exemplo, quando são usados volantes como equalizadores de carga para suavizar picos intermitentes de carga. Uma completa comparação econômica dos dois tipos competitivos deve considerar o custo inicial, usualmente mais alto de uma instalação de motor composto, o custo das perdas, usualmente mais alto no motor de indução de escorregamento. Devido à simplicidade, baixo custo e robustez do motor de indução de gaiola, o motor derivação não está em uma posição competitiva favorável para serviços de velocidade constante, exceto em baixas velocidades onde se torna difícil e caro construir motores de indução de alto desempenho com número de pólos exigido. A comparação, nestas baixas velocidades, é freqüentemente entre motores síncronos e motores DC. A característica importante do motor derivação é sua adaptabilidade a serviços de velocidade ajustável, por meio de controle por resistência de armadura para velocidades abaixo da velocidade de campo pleno, e controle por reostato de campo para velocidades acima da velocidade de campo pleno, ou controle de tensão de armadura, ou WardLeonard, para velocidades abaixo (e, às vezes, algo acima) da velocidade de tensão normal e campo pleno. A combinação de controle de tensão de armadura e controle de 18 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II campo paralelo, juntamente com a possibilidade de enrolamentos de campo adicionais no motor ou no gerador associado para prover características especiais, dá aos motores DC, um invejável grau de flexibilidade. Os retificadores controlados de estado sólido e os geradores DC tipo controle também reforçam a posição competitiva de máquinas DC, quando é importante o controle completo do funcionamento. Deve ser enfatizado que a escolha do equipamento para uma determinada aplicação, para máquinas de velocidades ajustáveis, é raramente uma questão predeterminada ou para ser decidida a partir de uma simples lista de vantagens e desvantagens. Em geral, deve ser feita uma comparação específica, quantitativa, econômica, é técnica de todas as possibilidades. Deve ser dada atenção aos detalhes de respostas transitória e dinâmica. As condições locais e as características do equipamento movido (potência mecânica constante, conjugado constante, ou exigências de potência mecânicas variável e conjugado variável) sempre têm um papel importante. Deve-se lembrar que estudos comparativos de custo e características de motores são baseados na combinação de motor e equipamento de controle, pois o último tem uma parte importante na determinação do desempenho do motor sob condições específicas, e representa uma porção do custo inicial total, de modo algum desprezível. Os equipamentos de controle, e facilidade do controle, fazem das máquinas DC os versáteis dispositivos de conversão de energia que elas são. 4. Conclusão As máquinas de corrente contínua são, em geral, muito mais adaptáveis a serviços de velocidade controlável do que as máquinas AC, que são associadas a um campo girante de velocidade constante. Sem dúvida, a adaptabilidade de motores DC ao ajuste de velocidade de funcionamento, em amplas faixas e por uma variedade de métodos, é uma das razões importantes para a forte posição competitiva da maquinaria DC em aplicações industriais. Portanto, tornam-se indispensáveis os dispositivos que facilitam o controle destes motores de corrente contínua, como é o caso do CI MC33030 que é para usado para controle de servo posicionamento e que também pode ser utilizado para controle de direção de motores DC. 19 Motores DC____________________________________________Eletrônica_Industrial II Bibliografia FITZGERALD, A. E. - Máquinas Elétricas, 1ª Ed. – Ed. McGraw-Hill. KOSOW, Irving I. - Máquinas Elétricas e Transformadores, 10ª ed. – Ed. Globo Manutenção de motores DC - ABB http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/motor_teoria1.asp 20