PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS I 111 PARTE 3 MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA

ROTOR SUSTENTADO DENTRO DO ESTATOR POR MEIO DE MANCAIS APOIADOS EM TAMPAS MANUTENÇÃO DO ENTREFERRO NESSA MONTAGEM ESCOVAS MONTADAS EM SUPORTES SOLIDÁRIOS AO ESTATOR

MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA USO INDUSTRIAL PORTE MÉDIO CARCAÇA PÓLO PRINCIPAL INTERPOLO COMUTADOR NÚCLEO DO ROTOR

BANDAGEM DE AMARRAÇÃO DAS BOBINAS DO ROTOR NÚCLEO ROTÓRICO

MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA USO INDUSTRAL GRANDE PORTE COM ENROLAMENTO DE COMPENSAÇÃO PÓLO PRINCIPAL PÓLO AUXILIAR ENROLAMENTO DE COMPENSAÇÃO CARCAÇA COMUTADOR CATÁLOGO COMERCIAL BBC

VISTA EM CORTE DE MOTOR C.C. INDUSTRIAL COMPENSADO

ENROLAMENTO DE ARMADURA _{CAMPO PRINCIPAL ENROLAMENTO DE COMUTAÇÃO}

COMUTADOR ENROLAMENTO DE COMPENSAÇÃO CARCAÇA PORTA ESCOVAS CATÁLOGO COMERCIAL BBC

CATÁLOGO COMERCIAL BBC

DETALHES CONSTRUTIVOS – COMUTADOR E PORTA ESCOVAS

ALOJAMENTO DO CONJUNTO PORTA ESCOVAS COMUTADOR

PORTA ESCOVAS

DETALHE CONSTRUTIVO DE COMUTADOR CONVENCIONAL

PARTICULARIDADES CONSTRUTIVAS E DE OPERAÇÃO DO SISTEMA COMUTADOR – ESCOVAS NAS MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA

CONDIÇÃO GEOMÉTRICA DO COMUTADOR ( A QUENTE ):

CIRCULARIDADE NA PISTA DE APOIO DAS ESCOVAS:

Æ MELHOR QUE 0,025mm (COMUTADORES ATÉ DIÂMETRO DE 600 mm)

MÁXIMA PROJEÇÃO DE LÂMINAS INDIVIDUAIS FORA DO CÍRCULO IDEAL:

Æ MÁXIMO ENTRE 0,015 E 0,030mm DEPENDENDO DA ROTAÇÃO E DIÂMETRO

CONDIÇÕES OPERACIONAIS DAS ESCOVAS: Æ DENSIDADE DE CORRENTE: 7,5 – 12,5 A/cm²

Æ PRESSÃO SOBRE O COMUTADOR: 180 – 350 g/cm² Æ COEFICIENTE DE ATRITO TÍPICO: 0,10 – 0,35

Æ QUEDA DE TENSÃO NO CONTATO COM AS LÂMINAS: 1,5 – 2,5 V/par (POSITIVAS + NEGATIVAS) Æ TAXA DE DESGASTE EM CONDIÇÕES NORMAIS: 5x10-9 _{– 25x10}-9_mm/m

BASE DE FUNCIONAMENTO DA MÁQUINA DE CORRENTE CONTÍNUA ENROLAMENTO PSEUDO-ESTACIONÁRIO

ALOJAMENTO DAS BOBINAS NO NÚCLEO E CONEXÃO AO COMUTADOR VISTA ESQUEMÁTICA DO ENROLAMENTO MONTADO ROTOR SIMPLIFICADO

EFEITO MOCIONAL NOS CONDUTORES DE ARMADURA

ω

φ

⋅

⋅

= k

E

EFEITO DA CORRENTE NOS CONDUTORES DE ARMADURA R I_a f_mec C_r

GERADOR DE CORRENTE CONTÍNUA

V

I_a f_mec

C_m

MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA +

-

C

=

k

⋅

φ

⋅

I

2ª EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA MÁQUINA C.C.

MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA: CARACTERÍSTICAS EXTERNAS

V_a E

I_a

Φ

i_exc

r_a EQUAÇÕES FUNDAMENTAIS DA MÁQUINA C.C.

Æ F.E.M. INDUZIDA NA ARMADURA:

Æ CONJUGADO DESENVOLVIDO: Æ EQUAÇÃO DO CIRCUITO ELÉTRICO :

ω

φ

⋅

⋅

= k

E

I

k

C

=

⋅

φ

⋅

E

r

I

V

=

+

⋅

ω = f (C )

Æ CURVAS DISTINTAS DEPENDENDO DO TIPO DE CONEXÃO DE CAMPO ADOTADA:

Î LIGAÇÃO DE CAMPO INDEPENDENTE

Î LIGAÇÃO DE CAMPO SÉRIE

Î LIGAÇÃO DE CAMPO COMPOSTA (“COMPOUND”)

r_a : RESISTÊNCIA TOTAL DO CIRCUITO DE ARMADURA

Φ = f ( i_exc ): FLUXO IMPOSTO PELA EXCITAÇÃO

a

p

Z

k

a

.

.

2

π

=

Z_a: CONDUTORES TOTAIS DA ARMADURA

p: NÚMERO DE PARES DE PÓLOS

MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA: CARACTERÍSTICAS EXTERNAS

LIGAÇÃO DE CAMPO INDEPENDENTE Æ FONTES INDEPENDENTES P/ ALIMENTAÇÃO DE ARMADURA E CAMPO

Æ FONTES INDIVIDUALMENTE CONTROLADAS / AJUSTADAS

V_a E I_a Φ i_exc r_a

ω

φ

⋅

⋅

= k

E

I

k

C

=

⋅

φ

⋅

E

r

I

V

=

+

⋅

C

k

r

k

V

_a

_a

⋅

⋅

−

⋅

=

2

)

(

φ

φ

ω

C

⋅

−

=

ω

α

ω

₀

CURVAS CARACTERÍSTICAS Î RETAS COM CONSTANTE

ω

α

ω

α

CONTROLE DE VELOCIDADE POR DUAS VARIÁVEIS INDEPENDENTES Î

V

i

Æ REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO ÎINVERSÃO DE ALIMENTAÇÃO DO CAMPO OU DA ARMADURA

ÎGRANDE CONTROLABILIDADE DO MOTOR

VARIAÇÃO PELO CAMPO :

V

VARIAÇÃO PELA ARMADURA:

Φ

LIGAÇÃO DE CAMPO INDEPENDENTE

Æ

i

=

)

Æ

V

=

)

i

Φ

i

Φ

0 i

Φ

FLUXO IMPOSTO PELA EXCITAÇÃO Æ CARACTERÍSTICA DE MAGNETIZAÇÃO NÃO LINEAR

i

Φ

i

Φ

OPERAÇÃO A FLUXO CONSTANTE :

i

=

i

= i

OPERAÇÃO A FLUXO VARIÁVEL :

i

<

i

<

i

C k V k C k r k V a a a . . ) ( ⋅ 2 ⋅ = 1 − 2 − ⋅ =

φ

φ

ω

ω

ω

ω

ω

ω

C

C

ω

V

V

V

V

ω

ω

C

C

ω

ω

ω

ω

i

i

i

i

C

C

C

φ

φ

ω

LIGAÇÃO DE CAMPO INDEPENDENTE

ω

ω

C ; P

C

P

C

P

ω

ω

V

; i

; I

V

i

I

i

i

V

I

ω

ω

VARIAÇÃO PELA ARMADURA A TORQUE CONSTANTE C = cte. - P_mec= k..

ω

VARIAÇÃO PELO CAMPO A POTÊNCIA CONSTANTE

C = k. 1/

ω

PLANO DE OPERAÇÃO DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA COM EXCITAÇÃO INDEPENDENTE

EXCURSÃO DAS VARÍÁVEIS DE ALIMENTAÇÃO DO MOTOR C.C. COM EXCITAÇÃO INDEPENDENTE

t

t

t

ω

φ

.

.

k

E

=

I

k

C

=

.

φ

.

r

E

V

I

=

−

dt

d

J

C

C

=

+

.

ω

MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA COM CAMPO INDEPENDENTE Î TRANSITÓRIOS DE ACELERAÇÃO

r

.I

C ; ω

I

; i

V

; E

C

ω

I

i

V

E

V

ω

ω

C

I

> I

< C

i

_i

C

C

MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA: CARACTERÍSTICAS EXTERNAS

LIGAÇÃO DE CAMPO SÉRIE Æ FONTE ÚNICA P/ ALIMENTAÇÃO DE ARMADURA E CAMPO

Æ EXCITAÇÃO PROVIDA PELA PRÓPRIA CORRENTE DE CARGA

V_a E I_a Φ i_exc= I_a r_a

ω

φ

⋅

⋅

= k

E

I

k

C

=

⋅

φ

⋅

E

r

I

V

=

+

⋅

k

I

I

f

(

)

≡

'.

=

φ

i

Φ

I

Φ

0 I

Φ

k’

'

.

1

'

.

k

k

r

C

k

k

V

_a

_a

−

⋅

=

ω

I

C

.

I

k

C

≅

I

k

C

≅

.

'.

.

k

I

k

C

=

CURVAS CARACTERÍSTICAS Î “HIPÉRBOLES” PARAMETRIZADAS PELA TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO

SEM CARGA : CÆ 0 Î VELOCIDADE EM VAZIO :

ω

∞

CONTROLE DE VELOCIDADE POR UMA ÚNICA VARIÁVEL INDEPENDENTE Î

V

Î ELEVADA REGULAÇÃO INERENTE DE VELOCIDADE DO MOTOR

Î REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO ÎINVERSÃO DA BOBINA DE CAMPO EM RELAÇÃO À ARMADURA

'

.

1

'

.

k

k

r

C

k

k

V

_⋅

₋

=

ω

ω

ω

C

ω

∞

V

V

V

MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA: CARACTERÍSTICAS EXTERNAS

LIGAÇÃO DE CAMPO SÉRIE

2

'.

.

0

_⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

=

⇒

=

r

V

k

k

C

C

ω

MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA: CARACTERÍSTICAS EXTERNAS

LIGAÇÃO DE CAMPO COMPOSTA (“COMPOUND”)

Æ FONTES INDEPENDENTES PARA ALIMENTAÇÃO DE ARMADURA E P/ ALIMENTAÇÃO DE PARCELA DO CAMPO

Æ EXCITAÇÃO PROVIDA PARCIALMENTE PELA CORRENTE DE CARGA E PARCIALMENTE POR FONTE INDEPENDENTE

i_exc V_a E I_a Φ I_a r_a

CAMPO INDEPENDENTE OU “SHUNT”

Æ N° DE ESPIRAS: N_SHT

CAMPO SÉRIE

Æ N° DE ESPIRAS: N_SER

FLUXO NO ENTREFERRO ESTABELECIDO PELA EXCITAÇÃO TOTAL:

Fmm_TOT = Fmm_SER +Fmm_SHT

Fmm_TOT = N_SER. I_a + N_SHT. i_exc

CPD TOT

SER

_k

Fmm

Fmm

₌

k

0,05 < k

< 0,10

0,10 < k

< 0,20

LIGAÇÃO DE CAMPO COMPOSTA (“COMPOUND”)

ω

ω

ω

ω

C

C

ω

V

= V

CAMPO SÉRIE E SHUNT SEMPRE ADITIVOS

CAMPO SÉRIE PROMOVE REFORÇO DE EXCITAÇÃO COM A CARGA

MOTOR COMPOSTO ÆCONTROLADO DE FORMA SIMILAR AO INDEPENDENTE

APLICAÇÕES SIMILARES AO INDEPENDENTE, SUJEITAS A SOBRECARGAS MAIS SEVERAS

MOTOR COMPOSTO ÆOPERA SEM

DIFICULDADE EM VAZIO OU BAIXA CARGA

Æ REGULAÇÃO ELEVADA DE VELOCIDADE

REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO:

INVERSÃO DA ARMADURA EM RELAÇÃO À BOBINA

DE CAMPO SÉRIE – POLARIDADE DA BOBINA SHUNT INALTERADA

MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA – ASPECTOS OPERACIONAIS ESPECÍFICOS

COMUTAÇÃO :

ÆCENTELHAMENTO INERENTE NO SISTEMA ESCOVAS + COMUTADOR NA REVERSÃO DE CORRENTE DAS

BOBINAS DE ARMADURA

ÆPROVOCA EROSÃO E DESGASTE ACENTUADO DA SUPERFÍCIE DO COMUTADOR

EFEITO DOS PÓLOS AUXILIARESÎPOSSIBILITA REDUÇÃO / ELIMINAÇÃO DO CENTELHAMENTO ÎVIABILIZA A OPERAÇÃO DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA E PERMITE LONGA VIDA ÚTIL

REAÇÃO DE ARMADURA : ( CAMPO MAGNÉTICO CRIADO PELA CIRCULAÇÃO DE CORRENTE NA ARMADURA )

ÆDISTORÇÃO NA DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DE CAMPO NO ENTREFERRO DA MÁQUINA, QUANDO EM CARGA ÆPROVOCA INSTABILIDADE DE ROTAÇÃO ( DESMAGNETIZAÇÃO SOB CARGA – E.D.R.A. )

ÆPROVOCA DESEQUILÍBRIO NA DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES AO LONGO DO COMUTADOR, EM CARGA ÆPODE LEVAR AO ARCO ELÉTRICO ENTRE ESCOVAS ( “FLASH-OVER” )

EFEITO DO ENROLAMENTO DE COMPENSAÇÃOÎ INIBE A DISTORÇÃO DE CAMPO ÎPERMITE OPERAÇÃO COM REGIME DE ELEVADA DINÂMICA E VARIAÇÃO PELO CAMPO EM AMPLA FAIXA

i_a i_a i_a i_a i_a i_a i_a i_a i_a i_a BOBINA EM COMUTAÇÃO CURTO-CIRCUITO PELA ESCOVA

MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA - PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COMUTAÇÃO

+ ia + ia + ia - ia - ia I_a i_a= 0 Ia I_a + i_a + i_a - i_a - i_a + i_a + i_a - ia - ia - ia

ω

ω

ω

CORRENTE NAS BOBINAS É INVERTIDA NA PASSAGEM PELO E.Q.

Î VARIAÇÃO DA CORRENTE NO TEMPO DURANTE O PROCESSO DE COMUTAÇÃO

VARIAÇÃO DA CORRENTE NA BOBINA DE ARMADURA DURANTE A COMUTAÇÃO + i_a + i_a + ia - i_a - ia I_a i_a= 0 I_a Ia + i_a + ia - ia - ia + i_a + i_a - i_a - i_a - i_a

ω

ω

ω

COMUTAÇÃO RESISTIVA OU LINEAR Î VARIAÇÃO DA CORRENTE NA BOBINA DETERMINADA PELA RESISTÊNCIA EQUIVALENTE DO

CONTATO: ESCOVA + LÂMINA DO COMUTADOR

+ i

- i

t

T

:

i

i

i

t

i

(t

)

b

b

+ i

- i

i

_i

I

= i

+ i

i

ω

R

R

+ i

- i

i

_i

I

= i

+ i

i

R

= k .(1

/

b

) ; R

= k .(1

/

b

)

ia

COMUTAÇÃO NÃO LINEAR Î AÇÃO DOS PÓLOS DE COMUTAÇÃO ( PÓLOS AUXILIARES OU INTERPOLOS )

i

(T

)

+ i

- i

t

T

:

i

ATRASO NA CORRENTE DEVIDO À INDUTÂNCIA DA BOBINA

EFEITO DO INTERPOLO

INDUTÂNCIA DA BOBINA NÃO NULA :

ÆTENSÃO INDUZIDA VARIACIONAL:

e

= L. di / dt

ÆATRASO NA VARIAÇÃO DA CORRENTE

ÆAO FINAL DO TEMPO DE COMUTAÇÃO:

i

≠ - i

ÎCENTELHAMENTO ( TENSÃO INDUZIDA NA ABERTURA DO CIRCUITO > QUEDA DE TENSÃO NO CONTATO DA ESCOVA COM A LÂMINA ) ia i_a i_a ia e_m em em e_m e_i e_i e_L eL I_a Ia EFEITO DO INTERPOLO:

ÆTENSÃO INDUZIDA MOCIONAL:

e

= B

. L .v

B

:

ÆTENSÃO INDUZIDA:

e

= - e

ÆACELERAÇÃO NA VARIAÇÃO DA CORRENTE

ÆINTERPOLO EM SÉRIE COM A ARMADURA Æ EFEITO OCORRE EM QUALQUER CONDIÇAO DE CARGA

REAÇÃO DE ARMADURAÎCAMPO MAGNÉTICO CRIADO PELA CIRCULAÇÃO DE CORRENTES NO ENROLAMENTO DO ROTOR

COMPOSIÇÃO DA REAÇÃO DE ARMADURA COM O CAMPO PRINCIPAL ÎDISTORÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO DE CAMPO NO ENTREFERRO

MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA - EFEITOS DA REAÇÃO DE ARMADURA

EFEITO DA DISTORÇÃO DE CAMPO : SATURAÇÃO LOCALIZADA NO MATERIAL FERROMAGNÉTICO

EFEITOS DA CIRCULAÇÃO DE CORRENTE NOS CONDUTORES DA ARMADURA EFEITOS DA MUDANÇA NA POSIÇÃO RELATIVA DAS ESCOVAS (CALAGEM) EFEITOS ADICIONAIS DA REAÇÃO DE ARMADURA ESCOVAS NA LINHA NEUTRA Æ CALAGEM NULA ESCOVAS DESLOCADAS NO SENTIDO DA ROTAÇÃO ÆCALAGEM POSITIVA ÆCOMUTAÇÃO ATRASADA ESCOVAS DESLOCADAS NO SENTIDO CONTRÁRIO AO DA ROTAÇÃO ÆCALAGEM NEGATIVA ÆCOMUTAÇÃO AVANÇADA

EFEITOS ADICIONAIS DA REAÇÃO DE ARMADURA

U_ent

EM VAZIO

EM CARGA EFEITO DA DISTORÇÃO DE CAMPO EM CARGA SOBRE A

DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES ENTRE LÂMINAS DO COMUTADOR:

EM VAZIO

Î

EM CARGA Î DISTRIBUIÇÃO DESEQUILIBRADA

RISCO DE ULTRAPASSAGEM DA TENSÃO DISRUPTIVA PELO AR

Î

MÉTODOS DE PARTIDA E VARIAÇÃO DE VELOCIDADE DOS MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA

ALIMENTAÇÃO A PARTIR DE FONTE C.A. :

ÆCONVERSORES C.A. – C.C. Î RETIFICADORES CONTROLADOS OPERAÇÃO EM UM OU DOIS QUADRANTES

OPERAÇÃO EM QUATRO QUADRANTES COM CONVERSORES EM ANTI-PARALELO

ÆGRUPOS MOTOR-GERADOR C.C. Î SISTEMA “WARD-LEONARD”

OPERAÇÃO NATURAL EM QUATRO QUADRANTES

ALIMENTAÇÃO A PARTIR DE FONTE C.C. :

ÆPARTIDA E ACELERAÇÃO REOSTÁTICA

OPERAÇÃO EM UM OU DOIS QUADRANTES – MÉTODO DISSIPATIVO

ÆRECORTADOR DE TENSÃO – “CHOPPER”

OPERAÇÃO EM UM OU DOIS QUADRANTES

CONVERSORES C.A. – C.C. Î RETIFICADORES CONTROLADOS BASEADOS EM TIRISTORES

MÉTODOS DE PARTIDA E VARIAÇÃO DE VELOCIDADE DE MOTORES C.C.

∼

=

∼

=

REGULADOR DE ω REGULADOR DE I_{a REGULADOR DE} i

exc REALIMENTAÇÃO DE I_a REALIMENTAÇÃO DE ω REALIMENTAÇÃO DE i_exc ω_REF

-

-

-+

+

+

∼

∼

GRUPOS MOTOR - GERADOR C.C. Î SISTEMAS “ WARD – LEONARD”

MÉTODOS DE PARTIDA E VARIAÇÃO DE VELOCIDADE DE MOTORES C.C.

V_AC 3

∼

∼

∼

∼

∼

∼

CONTROLE DE PARTIDA E

ACELERAÇÃO REOSTÁTICA

V

V

R

+ R

+ R

+ ....

∑

+

−

=

R

r

K

V

I

.

φ

.

ω

t

k

E

V

K

E

t

k

cte

dt

d

J

C

cte

C

cte

I

I

.

.

.

.

.

.

.

.

=

≅

⇒

=

=

⇒

≅

=

≅

⇒

≅

=

ω

φ

ω

ω

MÉTODOS DE PARTIDA E VARIAÇÃO DE VELOCIDADE - ALIMENTAÇÃO A PARTIR DE BARRAMENTO C.C.

I_a I_{a - min} I_{a - max} I_{a - med}

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

t

0

t

V

V

CONTROLE DE PARTIDA E ACELERAÇÃO POR MEIO DE “CHOPPER”

t

τ

V

V

V

I

I

V

t

V

_⎟⎟

.

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

τ

Æ ( t

/ τ

)

V

V

I

+

+

-

Æ

Æ

CHAVEAMENTO FIXA E COM INTERMITÊNCIA AJUSTÁVEL