Accionamentos Eléctricos – Máquinas de Corrente Contínua

Acionamentos Elétricos – Máquinas de Corrente Contínua
Características construtivas
Campo
Armadura
• Enrolamento de campo: produção de fluxo (enrolamento concentrado
ou a imãs permanentes);
• Enrolamento de armadura: conversão de energia (enrolamento
distribuído)
Acionamentos Elétricos – Máquinas de Corrente Contínua
Funcionamento do comutador
Orientação da FMM de armadura:
Produção de força:
Acionamentos Elétricos – Máquinas de Corrente Contínua
Funcionamento do comutador
Produção de f.e.m.
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Tensão Induzida:
et = 2.B(θ).l.wr .r
Φ Φ.P
=
A 2πrl
Φ.P
N
N.P
et =
.wr ⇒ Ea = .et =
.Φ.wr ⇒ Ea = Ka.Φ.wr
π
a
π.a
et = 2.B(θ).l.wr .r ⇒ B(θ) =
Conjugado Eletromagnético:
fc = B(θ).l.ic → Tc = fc .r & Ia = ic .a
Φ.P.Ia
I
Tc = fc .r = B(θ).l. a .r =
a
2πa
N.P
Te = Tc .2.N ==
.Φ.Ia ⇒ Te = Ka.Φ.Ia
π.a
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Tipos de Máquinas C.C.
• Maq. Excitação Independente
• Máq. Excitação Derivação
• Máq. Excitação Série
• Maq. Excitação Composta
Aplicações:
• Motor em acionamentos de alto desempenho:
laminadores, elevadores, máquinas ferramentas, etc.
• Geradores em aplicações específicas:
• Geração em automóveis e aviões;
• Sistemas de Excitação para geradores síncronas;
• Tacogeradores, etc.
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Reação de Armadura em Máquinas C.C.
• Apesar dos campos de armadura e da bobina
de excitação estarem com eixos magnéticos defasados de 90o, existe um acoplamento magnético devido a distribuição espacial destes campos;
• Há um aumento de densidade de fluxo em um
lado da sapata polar e um decréscimo no lado
oposto da mesma;
• Consequências:
Desalinhamento da linha neutra.
Distorção da onda de distribuição espacial dos campos;
• Problemas:
Faiscamento entre escova e lâminas
(tensão induzida na bobina em comutação);
Redução do fluxo médio polar;
Possibilidade de “flashover” entre
lâminas.
Acionamentos Elétricos – Máquinas de Corrente Contínua
Reação de Armadura em Máquinas C.C.
Acionamentos Elétricos – Máquinas de Corrente Contínua
Reação de Armadura em Máquinas C.C.
Soluções Tecnológicas Utilizadas:
• Enrolamento de comutação ou
interpolos:
Minimizar faiscamento através do
alinhamento automático da linha
neutra;
• Enrolamento de compensação:
Minimizar a distorção de fluxo e
suas consequências;
• Atuações no processo de comutação:
Defasamento de escovas;
Linha neutra;
Material das escovas;
• Efeitos da alimentação por conversores
estáticos
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Motor Excitação Independente
• Duas fontes independentes para campo e
armadura;
• Equivalente ao motor derivação se fonte
de armadura for de impedância interna
desprezível;
Va = E a + R a .I a
Vf = R fw .I f
Te = K a .Φ.I a
wo =
Va
K a .Φ
⇒ E a = K a .Φ.w r
⇒ Φ = f {I f }
⇒ Ia
Te
=
K a .Φ
⇒ velocidade básica
Va
Ra
wr =
−
Te
K a .Φ [K a .Φ ]2
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Motor Excitação Independente
Características:
• Queda de velocidade devido a
perda na resistência de armadura
Tensão de armadura variável
Resistência de armadura variável
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Métodos de Partida e Frenagem de Motores C.C.
Critérios de Partida/Frenagem:
• Reduzir níveis de corrente na partida/frenagem evitando perturbações no
sistema elétrico;
• Garantir rapidez nos processos de partida/frenagem (produtividade);
• Conservação de energia: eficiência
Métodos de Partida:
• Partida Resistiva : inclusão de resistências na armadura
• Partida a Tensão de Armadura Variável
Métodos de Frenagem:
• Frenagem Dinâmica: inclusão de resistências na armadura
• Frenagem por Contra-corrente: inversão da fonte de alimentação
• Frenagem Regenerativa: a tensão de armadura variável
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Observação:
A partida sempre é feita com
campo pré-excitado em seu valor
máximo
Partida Resistiva de Motores C.C.
S1 S2 S3 S4
wr =
R1 R2 R3 R4
Vanom
[R a + R ] I
−
a
K a .Φ nom [K a .Φ nom ]
Característica natural
Ia
Iamax
Iamin
w1
w2
w3 w4
Wr
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Métodos de Partida e Frenagem a Tensão Variável
Características:
• Partida e frenagem a corrente constante;
• Pressupõe o uso de conversores estáticos;
• Frenagem regenerativa
Ianom
Ia
Característica natural
Wr
-Ianom
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Frenagem Dinâmica de Motores C.C.
S1 S2 S3 S4
R1 R2 R3 R4
Ia
-Iamin
-Iamax
w4 w3
w2
w1
Característica natural
Wr
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Frenagem por Contra-Corrente de Motores C.C.
S1 S2 S3
Característica natural
R1 R2 R3
-Vt
Ia
w3
-Iamin
-Iamax
w2
w1
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Métodos de Variação de Velocidade de Motores C.C.
Figuras de Mérito:
• Garantir capacidade de conjugado;
• Ampla faixa de variação de velocidade (adequação
ao processo);
• Conservação de energia: eficiência
wr =
Métodos de Variação de Velocidade:
• Variação de Resistência de Armadura
• Variação de Tensão de Armadura
• Variação de Tensão de Campo
[R + R ] I
Va
− a
a
K a .Φ [K a .Φ ]
R
Va
Φ
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Variação da Resistência de Armadura
[R a + R ] T
Vanom
wr =
−
e
K a .Φ nom [K a .Φ nom ]2
• Perda da capacidade de
conjugado
• Perda de energia
0≤wr≤wrnom
Característica natural
Ia
Ianom
Característica da carga
w2
w1
wnom
Wr
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Variação da Tensão de Armadura
Garantia de Capacidade
de Conjugado
Va
Ra
wr =
−
T
2 e
K a .Φ nom [K a .Φ nom ]
Va6 Va5
Va4 Va3
Característica natural
Va2
Va1
Vanom
Ia
Ianom
0≤wr≤wrnom
Característica da carga
w2
w1
wnom
Wr
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Variação da Tensão de Campo
V
Ra
w r = anom −
T
2 e
K a .Φ [K a .Φ ]
• Enfraquecimento de campo
• Limitado pela reação de armadura
Φnom
Φ1
Ia
Ianom
wr>wrnom
carga
Φ2
wnom w1
w2
Wr
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Operação a Conjugado Constante e Potência Constante
Conjugado Constante:
0≤wr≤wrnom: fluxo constante
Va variável
Características:
• Limite Térmico: Ia = constante
• Limites Elétricos: Va = constante
Φ =mínimo
Te
Te=cte
Ea.Ia=cte
Potência Constante:
wr > wrnom: fluxo variável
Va constante
Wr
Ea.Ia=cte