MOTORES E
Generalidades
APLICAÇÕES ATUAIS
Indústria Carros
Aeronaves Metrôs
Trens
TIPOS
Excitação Separada Derivação
Imã Permanente Motor Série
Características Terminais MCC com
Excitação Separada e em Derivação
2T A A A
ind
T A
T A
ind
V E I R
V K R
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
Velocidade X Torque
Induzido
1502002503003504004505005506006500 200 400 600 800 1000 1200 14001173 1144 1115
Torque Induzido [Nm]
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 FI
I
N
2 1 2 1 A A E nEx. 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
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)
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)
Velocidade de Motores CC Shunt
Ajustando a Resistência de Campo,
R
F1. 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
Velocidade de Motores CC Shunt
Velocidade de Motores CC Shunt
Ajustando a Resistência de Campo,
R
F0 10 20 30 40 50 60
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
AA A A A V E I R
ind K IA
A
E K
Variando a Tensão de
Armadura
Adicionando Resistências à
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)
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
I I I
1 1 250 120 0,03 246,4 V
A T A A
E V I R
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
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)
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
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
Motor CC Série
Maior torque por Ampère de armadura!
ind K IA
A
c I
2 ind K c I A
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.
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
Motor CC Composto
Motor CC Composto
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
Velocidade X Torque, Motor CC
Velocidade X Torque, Motor CC
Velocidade X Torque, Motor CC
Composto c/ polaridade
Aditiva
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
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 =
Variação de Velocidade
1.
Resistência de Campo
2.
Tensão de Armadura
Acionamento dos
Motores CC [1]
Controle e Proteções
Curto Circuitos
Sobrecarga
Excessivas Correntes de Partida
Forma Conveniente de Variar a
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
Sistema de
Ward-Leonard [1]
Velocidade mecânica fixa
Controle com Tiristores
Não-Regenerativo [2]
T
V
Controle com Tiristores
Regenerativo [2]
T
V
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
Variação da Carga e
Eficiência das Máquinas
CC
Cobre
Escovas
Mecânicas
Ferro
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?
MOTORES E
Tipos de Geradores CC
Excitação Separada
Shunt
Série
Composto Aditivo
Composto Subtrativo
VR nl fl nl
V V
V
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
FR
T F F V I R AE
K
T A A A
Efeito da
Variação
da
Resistênci
a de
Efeito da
Não-Linearidade
net
N I
F F AR
* AR F F FI
I
N
2 1 2 1 A A E nEx. 9.9 [1]
Um gerador cc de excitação separada tem
dados nominais 172 kW, 430 V, 400 A e
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
Características
Terminais
Reduzindo VT que reduz IF
que reduz EA
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 MétodoA
E
K
T A A A
V
E
I R
FR
T F F V I R AE K
T A A A
Análise Gráfica de um GCC Shunt
COM
Enr. Compensação [1]
Análise Gráfica de um GCC Shunt
Análise Gráfica de um GCC
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
I R R
T A A S A
V E I R R
SE NSE I A
tot N IF F NSE IA
T A A S A
V E I R R
A
GCC Composto Polaridade Aditiva
Características Terminais [2]
Supercomposto Composto Plano
Subcomposto
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
FR
T F F V I R AE
K
T A A A
GCC Composto Polaridade Aditiva
Análise Gráfica [1]
SE AR eq * eq A F F F F
N
I
I
N
N
I
I
I
GCC Composto Polaridade Aditiva
Análise Gráfica [2]
SE AR eq * eq A F F F F
N
I
I
N
N
I
I
I
Gerador CC Composto com
GCC Composto Pol. Subtrativa
Características Terminais [1]
Com o aumento de
I
Aaumenta a
queda
, caindo a
Com o aumento de
I
Aa fmm do
campo série
também aumenta
que reduz a fmm do gerador (
) que reduz o
fluxo que reduz
E
Aque reduz
V
T
T A A A S
V
E
I
R
R
A A S
I
R
R
SE