3.1. Construção do motor DC

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
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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.
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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
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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.
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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:
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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
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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
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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.
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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
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