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DC Motors and Generators

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Academic year: 2019

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(1)

MOTORES E

(2)
(3)

Generalidades

APLICAÇÕES ATUAIS

 Indústria  Carros

 Aeronaves  Metrôs

 Trens

TIPOS

 Excitação Separada  Derivação

 Imã Permanente  Motor Série

(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)

Características Terminais MCC com

Excitação Separada e em Derivação

2

T A A A

ind

T A

T A

ind

V E I R

V K R

(16)

Ex. 9.1

 Um motor CC em derivação de 50hp, 250V, 1200rpm com enrolamentos

de compensação tem uma resistência de armadura (incluindo as escovas, enrolamentos de compensação e interpólos) de 0,06 W. O circuito de

campo tem uma resistência total Radj+RF de 50 W, a qual produz uma velocidade de 1200 rpm sem carga. Existem 1200 espiras por pólos no enrolamento em derivação. Encontre:

a. A velocidade do motor quando a corrente de entrada é 100 A. b. A velocidade do motor quando

a corrente de entrada é 200 A.

c. A velocidade do motor quando

a corrente de entrada é 300 A.

d. Plote a característica

(17)

Velocidade X Torque

Induzido

1502002503003504004505005506006500 200 400 600 800 1000 1200 1400

1173 1144 1115

Torque Induzido [Nm]

(18)

Não Linearidades em MCC

Shunt

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 0 50 100 150 200 250 300 350

Curva de Magnetização Típica de um Motor CC 250 hp a 1200 rpm

Corrente de Campo, IF (A)

T e n s ã o d a A rm a d u ra , E A ( V )

net

N I

F F AR

 

  

* AR F F F

I

I

N

2 1 2 1 A A E n

(19)

Ex. 9.2 [

reação de armadura + não linearidades

]

Um motor CC em derivação de 50hp, 250V, 1200rpm sem enrolamentos de compensação tem uma resistência de armadura (incluindo as escovas e

interpólos) de 0,06 W. O circuito de campo tem uma resistência total Radj+RF de 50 W, a qual produz uma velocidade de 1200 rpm sem carga. Existem 1200 espiras por pólos no enrolamento em derivação e a reação de armadura produz uma força desmagnetizante de 840 Ae com uma corrente de carga de 200 A. A curva de magnetização na máquina é mostrada no slide anterior. Encontre:

a. A velocidade do motor quando

a corrente de entrada é 200 A.

b. Este motor é na sua essência

idêntico ao do Ex 9.1, exceto pela ausência dos enrolamentos de compensação. Compare a velocidade deste motor com a do Ex 9.1 com a corrente de 200 A.

c. Plote a característica

(20)

Curva de Magnetização

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 50 100 150 200 250 300

Curva de Magnetização Típica de um Motor CC 250 hp a 1200 rpm

Corrente de Campo, IF (A)

(21)

Resposta com Reação e

Aramadura e Não-Linearedades

0 100 200 300 400 500 600

1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300

Característica Velocidade versus Torque

ind (N-m)

(22)

Velocidade de Motores CC Shunt

Ajustando a Resistência de Campo,

R

F

1. O Aumento de RF causa a redução de IF 2. Caindo IF cai o 

3. Reduzindo o  cai EA 4. Caindo EA sobe IA

5. Aumentando IA sobe ind

6. Aumentando ind (ind>load)  aumenta 7. O aumento de  aumenta EA

8. Aumentando EA cai IA

9. Caindo IA cai ind até ind=load em uma  maior

T A A A V E I R    T F F V I R   A

E    K  

ind K IA      

      A

(23)

Velocidade de Motores CC Shunt

(24)

Velocidade de Motores CC Shunt

Ajustando a Resistência de Campo,

R

F

0 10 20 30 40 50 60

(25)

1. O Aumento de VA causa um aumento de IA 2. Aumentando IA aumenta o ind

3. Aumentando ind (ind>load) aumenta  4. O aumento de  aumenta EA

5. Aumentando EA cai IA

6. Caindo IA cai ind até ind=load em um  maior

Velocidade de Motores CC Shunt

Ajustando a Tensão de Armadura,

E

A

A A A A V E I R   

ind K IA     

A

E    K  

(26)

Variando a Tensão de

Armadura

Adicionando Resistências à

(27)
(28)

Ex. 9.3 [1]

Tem-se um motor shunt de 100 hp, 250 V, 1200 rpm com resistência de armadura de 0,03 W e resistência de campo de 41,67 W. O motor tem

enrolamentos de compensação. As perdas mecânicas e no núcleo podem são desprezíveis para os propósitos deste exercício. Suponha que o motor esteja trabalhando com uma corrente de carga de 126 A e com velocidade inicial de 1103 rpm. Para simplificar o problema, suponha que a corrente drenada pela armadura é constante.

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 0 50 100 150 200 250 300

Curva de Magnetização Típica de um Motor CC 100 hp a 1200 rpm

Corrente de Campo, IF (A)

(29)

Ex. 9.3 [2]

a. Qual a velocidade do motor de a resistência de campo

subir para 50 W.

b. Plote a característica da velocidade do motor versus a

Resistência de Campo, assumindo constante a corrente de carga.

Tensão de armadura proporcional

a corrente de campo

1 1 1

250

126 120 A 41,67

A L F

III   

1 1 250 120 0,03 246,4 V

A T A A

EVIR    

2 250 5 A 50 T F F V I R                           2 1

2 2 2 2 1 2 1 1 1 1 1 2

1 A A E K n n E K 1 2 2 268

1,076 1,076 1103 1187 rpm 250 n

(30)

Rotação X Resistência de

Campo

40 45 50 55 60 65 70

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Velocidade vs. Resistência de Campo

Resistência de Campo (W)

(31)

Ex. 9.4

O motor do Ex. 9.3 é agora conectado com excitação

separada. O motor inicialmente está rodando com VA = 250 V,

IA = 120 A e n = 1103 rpm, enquanto está fornecendo um

torque constante. O que ocorre com a velocidade deste motor

(32)

Motores CC de Imã

Permanente

VANTAGENS

 Não requerem um

circuito de campo externo

 Não ter perdas no

enrolamento de campo

 Tamanho  Custo

DESVANTAGENS

 Fluxo de campo

pequeno

 Menor ind por Ampère  Correm o risco de

(33)
(34)
(35)

Motor CC Série

Maior torque por Ampère de armadura!

ind K IA    

A

c I

  

2 ind K c I A

(36)
(37)

Ex. 9.5

O motor CC série mostrado é de 250 V com enrolamentos de

compensação e com uma resistência série RA + RS de 0,08 W.

(38)

Ex. 9.5

a. Qual a velocidade do motor e o torque induzido se a

corrente de armadura é 50 A?

b. Plote a característica velocidade X torque.

0 100 200 300 400 500 600 700 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Velocidade vs. Torque em um Motor CC Série

ind (N-m)

n

(

rp

m

(39)

Motor CC Composto

(40)

Motor CC Composto

(41)

Motor CC Composto

T A A A S

A L F

V

E

I

R

R

I

I

I

 

 

net SE AR

* SE AR

F

F F A

F F

N

I

I

I

N

N

      

(42)

Velocidade X Torque, Motor CC

(43)

Velocidade X Torque, Motor CC

(44)

Velocidade X Torque, Motor CC

Composto c/ polaridade

Aditiva

(45)

Ex. 9.6 [1]

Um motor CC composto, de 100 hp, 250 V com

enrolamentos de compensação tem resistência interna,

incluindo o enrolamento em série, de 0,04 W. Há 1000

(46)
(47)

Ex. 9.6 [3]

a. Qual a corrente no campo em derivação nesta

máquina sem carga?

b. Se o motor está ligado com polaridade aditiva,

encontre a velocidade quando IA = 200 A.

c. Se o motor estiver ligado com polaridade

subtrativa, encontre a velocidade quando IA =

(48)

Variação de Velocidade

1.

Resistência de Campo

2.

Tensão de Armadura

(49)

Acionamento dos

Motores CC [1]

Controle e Proteções

Curto Circuitos

Sobrecarga

Excessivas Correntes de Partida

Forma Conveniente de Variar a

(50)
(51)

Ex. 9.7

A figura anterior mostra um motor CC shunt

100 hp, 250 V, 350 A, com uma resistência de

armadura de 0,05

W

. É desejado para projetar

o circuito de partida que a máxima corrente de

partida seja limitada a duas vezes a corrente

nominal.

a.

Quantos estágios de resistência são

necessários?

b.

Qual deve ser o valor de cada segmento de

(52)
(53)
(54)

Sistema de

Ward-Leonard [1]

 Velocidade mecânica fixa

(55)
(56)
(57)

Controle com Tiristores

Não-Regenerativo [2]

T

V

(58)
(59)

Controle com Tiristores

Regenerativo [2]

T

V

(60)
(61)

Funções Principais do

Acionamento

Proteção

Excessivas correntes de armadura

Subtensões

Perdas de corrente de campo

Energização

Força (Tiristores para Retificação)

Circuito de Comando (Gatilho dos

(62)
(63)
(64)

Variação da Carga e

(65)

Eficiência das Máquinas

CC

Cobre

Escovas

Mecânicas

Ferro

(66)

Ex. 9.8

Um motor CC shunt de 50 hp, 250 V, 1200 rpm

tem uma corrente nominal de armadura de 170 A e de campo de 5 A. Quando seu rotor é bloqueado, uma tensão de armadura de 10,2 V (excluindo as escovas) produz uma corrente de 170 A. A queda de tensão nas escovas é de 2 V. Sem carga com uma tensão terminal de 240 V, a corrente de

armadura é igual a 13,2 A, a corrente de campo igual a 4,8 A e a velocidade do motor a 1150 rpm.

a. Qual a potência de saída deste motor à

condições nominais?

(67)

MOTORES E

(68)
(69)

Tipos de Geradores CC

Excitação Separada

Shunt

Série

Composto Aditivo

Composto Subtrativo

VR nl fl nl

V V

V

(70)
(71)
(72)
(73)

Controle da Tensão

Terminal

Variando a velocidade

Se aumenta, então

aumenta, logo

aumenta também

Variando a Corrente de Campo

Se é diminuído, então

aumenta, então

aumenta, aumentando

Principal Método

A

E

   

K

 

T A A A

V

E

  

I R

F

R

T F F V I R     A

E

   

K

 

T A A A

(74)

Efeito da

Variação

da

Resistênci

a de

(75)

Efeito da

Não-Linearidade

net

N I

F F AR

 

  

* AR F F F

I

I

N

2 1 2 1 A A E n

(76)

Ex. 9.9 [1]

Um gerador cc de excitação separada tem

dados nominais 172 kW, 430 V, 400 A e

(77)

Ex. 9.9 [2]

a) Se Radj mudar para 63 W e a máquina primária

girar a 1600rpm, qual será a tensão terminal sem carga?

b) Qual seria tensão se uma corrente de 360 A for

conectado aos seus terminais? (o gerador tem enrolamentos de compensação).

c) E se o gerador não tivesse enrolamentos de

compensação? A reação de armadura com esta carga é de 450 A esp.

d) Quais ajustes devem ser feitos no gerador para

que este restaure sua tensão terminal à encontrado em (a).

e) Quanta corrente de campo será necessária para

restaurar a tensão terminal ao mesmo valor que à vazio? (a máquina tem enrolamentos de

(78)
(79)
(80)

Características

Terminais

Reduzindo VT que reduz IF

que reduz EA

(81)

GCC Shunt

Controle da Tensão Terminal

Variando a Velocidade

Se aumenta, então

aumenta, logo

aumenta também

Variando a Corrente de Campo

Se é diminuido, então

aumenta, então

aumenta, aumentando

Principal Método

A

E

   

K

 

T A A A

V

E

  

I R

F

R

T F F V I R     A

E    K  

T A A A

(82)

Análise Gráfica de um GCC Shunt

COM

Enr. Compensação [1]

(83)

Análise Gráfica de um GCC Shunt

(84)

Análise Gráfica de um GCC

(85)
(86)
(87)
(88)
(89)

GCC Composto Polaridade Aditiva

Características Terminais [1]

1. Incrementando IA a queda

aumenta, causa uma queda da tensão terminal

2. Incrementando IA a fmm do campo série

aumenta, aumentando a fmm total Um aumento do fluxo, aumenta que

aumenta

Ocorre uma compensação!

A S A

IRR

T A A S A

VEI   RR

SE NSE I A

   

tot N IF F NSE IA

      

T A A S A

VE   I RR

A

(90)

GCC Composto Polaridade Aditiva

Características Terminais [2]

Supercomposto Composto Plano

Subcomposto

(91)

GCC Composto Polaridade Aditiva

Controle de Tensão

Variando a velocidade

Se aumenta, então

aumenta, logo

aumenta também

Variando a Corrente de Campo

Se é diminuído, então

aumenta, então

aumenta, aumentando

A

E

   

K

 

T A A A

V

E

  

I R

F

R

T F F V I R      A

E

   

K

 

T A A A

(92)

GCC Composto Polaridade Aditiva

Análise Gráfica [1]

SE AR eq * eq A F F F F

N

I

I

N

N

I

I

I

 

(93)

GCC Composto Polaridade Aditiva

Análise Gráfica [2]

SE AR eq * eq A F F F F

N

I

I

N

N

I

I

I

 

(94)

Gerador CC Composto com

(95)

GCC Composto Pol. Subtrativa

Características Terminais [1]

Com o aumento de

I

A

aumenta a

queda

, caindo a

Com o aumento de

I

A

a fmm do

campo série

também aumenta

que reduz a fmm do gerador (

) que reduz o

fluxo que reduz

E

A

que reduz

V

T

T A A A S

V

E

I

 

R

R

A A S

I

R

R

SE

N

SE

I

A

 

(96)
(97)

Referências

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