Laboratório Máquinas Eléctricas

Laboratório
de
Máquinas Eléctricas
Motor Derivação de Corrente Continua
Manuel Vaz Guedes
Núcleo de Estudos de Máquinas Eléctricas
FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
No accionamento de uma carga mecânica por uma máquina eléctrica pode-se utilizar um motor de
corrente contínua com excitação derivação, quando se pretende um accionamento a velocidade
constante com a variação da carga mecânica e se dispõe de uma rede eléctrica de alimentação em
corrente contínua.
O motor derivação de corrente contínua é essencialmente
constituído por um circuito do indutor estatórico formado por
bobinas de fio de cobre condutor, que está alimentado pela
tensão de alimentação do motor, e por um circuito do induzido
rotórico formado por um enrolamento distribuído pelas
M
U
ranhuras do rotor e contactando com a parte estatórica
através de um sistema escovas–colector de lâminas. Devido a
necessidades de condução e de protecção do motor nos
Re
diversos momentos do seu funcionamento em série com o
circuito do indutor é colocado um reóstato de excitação (Re) e
em série com o circuito do induzido é colocado um reóstato de arranque (Ra).
Ra
As equações de funcionamento desta máquina eléctrica — equação
eléctrica e equação electromecânica — estão condicionadas pelo
desenvolvimento de uma força electromotriz (E) nos condutores em
movimento no interior de um campo magnético constante no tempo e fixo
no espaço.
E = k·n·ϕ
U = E + RI ⋅ I
T = k'·ϕ·I
Ligação dos Circuitos
O circuito eléctrico do indutor destina-se a assegurar a circulação de uma corrente eléctrica nas
bobinas que abraçam as expansões polares e que criam a força magnetomotriz que dá origem ao
campo magnético que se distribui com um fluxo magnético ϕ na zona
(I – i)
I
do entreferro correspondente a cada pólo.
i
Este circuito eléctrico do indutor, que nesta máquina eléctrica, é
U
Ri
alimentado pela tensão de alimentação do motor (U), tensão constante
com valor elevado, e que não deve constituir uma derivação (i)
Re
importante da corrente de carga da máquina (I), necessita de ter o
valor da intensidade de corrente eléctrica que percorre o circuito condicionado pela variação da
resistência total (Re + Ri) do circuito eléctrico através duma resistência variável (Re) colocada em
série com a elevada resistência do circuito do indutor (Ri).
Com esta montagem consegue-se aumentando a resistência do reóstato de excitação diminuir o valor
da intensidade de corrente de excitação, e consequentemente do fluxo magnético indutor por pólo ϕ.
O circuito eléctrico do induzido destina-se a ser atravessado por uma corrente eléctrica com uma
intensidade elevada (I – i), sendo o valor da intensidade da corrente limitado pela baixa resistência
Texto de apoio aos trabalhos de Laboratório de Máquinas Eléctricas
© 2002
pp. 1 a 3
Motor Derivação de Corrente Contínua
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do circuito do induzido (RI) pela força electromotriz que nele é induzida (E) e, durante o arranque,
pela resistência apresentada pelo reóstato de arranque (Ra)
Ra
colocado em série no circuito do induzido. Ao circuito do induzido
está aplicada directamente a tensão de alimentação do motor de
(I – i)
corrente contínua com excitação derivação (U), daí a necessidade
de um reóstato em série no circuito (Ra) durante o momento de
M
arranque.
U
E
Em série com o circuito indutor é colocado um reóstato de
RI
excitação, que deve ser montado de forma a que quando for
retirado (Re = 0), ou quando mudar de ponto de ligação, não
interrompa o circuito, pelo que o último ponto apenas deve assegurar a continuidade do circuito
eléctrico.
Em série com o circuito do induzido é colocado um reóstato de arranque, para aumentar a
resistência eléctrica do circuito durante o arranque (altura em que a baixa velocidade cria uma baixa
força electromotriz). Mas actuando o reóstato de arranque só durante o momento de arranque do
motor não está dimensionado para dissipar calor durante um largo tempo. Por isso, o último ponto
do reóstato deve retirar completamente o reóstato do circuito do induzido, mas sem o interromper.
Características de Funcionamento
O motor eléctrico de corrente contínua com excitação derivação tem um circuito indutor capaz de
criar no entreferro da máquina um campo magnético indutor de amplitude constante no tempo, para
cada valor da corrente indutora, e fixo no espaço. Os condutores do circuito do induzido percorridos
pela corrente eléctrica (I – i) e situando-se sob influência do fluxo (ϕ) desse campo magnético são
submetidos à acção de uma força mecânica, que por composição com a força exercida em cada um
dos restantes condutores do induzido, origina o aparecimento de um binário electromotor
T = k’·j·(I – i) que faz movimentar o rotor desta máquina eléctrica.
Devido à montagem do circuito do indutor em derivação com o circuito do induzido, este motor
eléctrico de corrente contínua apresenta características próprias de funcionamento —
electromecânica de binário motor T(I) e electromecânica de velocidade n(I). Ao estudar-se estas
características considera-se que a máquina está a funcionar com uma temperatura constante
estabilizada ao longo da variação das grandezas eléctricas.
Considerando que a tensão de alimentação do motor é constante o fluxo magnético indutor será
constante, para um valor constante da corrente de excitação, e somente devido ao efeito
desmagnetizaste de uma intensidade de corrente elevada no circuito do induzido (fenómeno da
reacção do induzido) é que o fluxo magnético enfraquece ligeiramente para correntes de carga
elevadas.
Nesta situação a equação eléctrica para o motor permite concluir que a
velocidade (n) varia linearmente com a corrente no circuito induzido (I):
n
n =
I
U
kϕ
–
R
kϕ
⋅ I = K – k1·I. Trata-se de um linha recta, quase horizontal,
que parte de um valor constante e desce ligeiramente para valores elevados da
corrente no circuito induzido.
A equação electromecânica permite concluir que o a característica
electromecânica de binário electromotor será uma linha recta, , T = kϕ·I = K'·I,
que passa pela origem, descendo um pouco devido à reacção do induzido para
valores da corrente eléctrica (I) elevados.
n
ϕ
crescente
I
T
Uma característica importante desta máquina eléctrica é a
I
curva de variação da velocidade com a corrente de carga
para diferentes valores da corrente de excitação, ou pontos do reóstato de
excitação, no circuito indutor (i). Será uma família de linhas rectas com valor
inicial
K=
U
kϕ
mais baixo para valores crescentes do fluxo magnético
indutor. Note que a diminuição do campo magnético indutor também tem influência sobre a
característica electromecânica de binário electromotor {como ?}.
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Motor Derivação de Corrente Contínua
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Variação da Velocidade
Numa máquina eléctrica de corrente continua com excitação derivação a variação da velocidade
pode ser feita pela alteração do valor da tensão de alimentação ou pela alteração do fluxo magnético
indutor através da variação da corrente de excitação — n =
U – R·I
k·ϕ
Como esta máquina é alimentada por uma rede eléctrica de corrente contínua tensão constante, a
forma de variar a velocidade consiste em alterar a corrente de excitação. Resultando que uma
actuação no reóstato de excitação que provoca a diminuição da corrente de excitação se traduz por
um aumento da velocidade de rotação da máquina.
Será interessante justificar o que acontece quando, estando o motor derivação de corrente contínua
a funcionar normalmente, se abre (acidentalmente) o circuito indutor. Relate o acontecimento !…
A
Ra
A
M
U
Re
Exemplo:
P = 2,2 kW; Un = 220 V; In = 10 A; nn = 1150 rot/min;
circuito do indutor — Un = 220 V; in =0,75 A; Ri = 207 Ω;
circuito do induzido — Un = 220 V; In = 10 A; RI = 1,4 Ω;
Curvas características de funcionamento:
2000
n(i)
1800
n(i)
U =220 V
I=0A
n (rot/min)
1600
n(I)
U =220 V
i = 0,75 A
1400
1200
n(I)
1000
0,5
1
5
10
i (A)
1,5
I (A)
15
800
0
20
25
– MVG.02–
© Manuel Vaz Guedes, 2002
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