09_Motor de corrente contínua_aluno

Eletricidade Industrial

Eletricidade Industrial

FATEC MAUÁ

FATEC MAUÁ

Motor

Motor

de

de

PROFESSOR: Ms VOLPIANO PROFESSOR: Ms VOLPIANO

de

de

Corrente Contínua

Corrente Contínua

Thomas Edison

DIFERENTES TIPOS DE MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA

As diferentes características de torque e rotação são obtidas através de combinações entre os enrolamentos de campo e armadura.

O enrolamento de campo pode ser conectado em série com o enrolamento da armadura ou pode estar conectado em paralelo com o mesmo ou ligado de forma independente.

Desta forma obtem-se as seguintes combinações: Motor DC com excitação Independente

Motor DC paralelo ou Shunt Motor DC série.

CARACTERÍSTICAS DAS APLICAÇÕES

Em muitas aplicações os motores de corrente contínua são utilizados para acionar cargas mecânicas com as seguintes características:

Velocidade Constante a medida que a carga varia

Variação de velocidade em uma ampla faixas de valores Torque elevado durante a partida do motor.

Portanto dependendo da aplicação deve-se conhecer a relação entre o torque e velocidade dos tipos de motores e determinar qual configuração se aplica para cada velocidade dos tipos de motores e determinar qual configuração se aplica para cada aplicação.

Motor de Corrente Contínua na Ligação Independente

i_A i_F T_M w _Rotor T_L J B

V_A Tensão de armadura. [V] V_F tensão de campo. [V]

i_A Corrente de armadura. [A] I_F Corrente de campo. [A]

R_A Resistência do enrolamento de armadura. [Ω] L_A Indutância do enrolamento de armadura. [H] E_A Força contra eletromotriz [V]

R_F Resistência do enrolamento de campo. [Ω] L_F Indutância do enrolamento de campo. [H]

NOMENCLATURA

L_F Indutância do enrolamento de campo. [H] T_M Torque no motor [Nm]

w_rotor velocidade angular [rd/seg.] T_L Torque da carga [Nm].

B Atrito.[Nm . seg / rd.]

J Momento de inércia [Kg m2_]

K Constante de conversão eletromecânica de energia [adimensional]

K_V Constante de conversão eletromecânica de energia [V.s / (A.rd)] K_T Constante de conversão eletromecânica de energia [Nm / A2_]

EQUAÇÕES ELETROMECÂNICAS DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA PARA O REGIME PERMAMENTE.

EQUAÇÃO DO ENROLAMENTO DA ARMADURA

Rotor F V A A A Rotor F V A V Rotor F A A A

.

. I

K

. i

R

V

otriz

traeletrom

Força con

.

. I

K

E

E

dade

de veloci

constante

K

K

.

K . I

. i

R

V

ω

ω

ω

+

=

→

=

=

→

=

+

=

(

)

A Rotor F V A A

R

.

. i

K

V

i

=

−

ω

F V A A A Rotor

. i

K

)

. i

(R

V

ω

=

−

F F

F

R

. i

V

=

EQUAÇÃO DO ENROLAMENTO DE CAMPO

EQUAÇÃO DO TORQUE RESISTENTE IMPOSTO PELA CARGA

L Rotor

R

M

T

B.

T

T

=

=

ω

+

EQUAÇÃO DO TORQUE DO MOTOR A PARTIR DOS DADOS ELÉTRICOS EQUAÇÃO DO TORQUE DO MOTOR A PARTIR DOS DADOS ELÉTRICOS

F A T

M

K

i

i

TORQUE E POTÊNCIA MECÂNICA s) Rotor (rd/ MEC(cv) M(Nm) s) Rotor (rd/ M (Nm) MEC (cv)

. 736

P

T

736

.

T

P

ω

ω

=

=

CONVERSÃO DE UNIDADES

9,81

T

T

30

π

.

n

ω

M (Nm) M (Kgfm) R (rpm) s) Rotor (rd/

=

=

GRÁFICO DA POTÊNCIA E DO CONJUGADO DO MOTOR PARA CARGA MECÂNICA COM CONJUGADO RESISTENTE CONSTANTE.

T_{M (N.m)} T_{M (N.m)} ; P_{MEC (CV)} T_{M (N.m)} P_{MEC (CV)} P_{MEC (CV)} n_R(RPM) n_N(RPM) nMAX(RPM) nR(RPM) i_F i_A Faixa de controle pela armadura Faixa de controle pelo campo

Um motor DC possui as seguintes características nominais:

V_A= 260V; R_A= 0,658Ω; V_F = 200V; R_F= 160Ω; n_n=2000 rpm, K_T = 0,85 (Nm/A2_{) e K}

V = 0,85 (V.s /A.rd). O motor aciona uma carga conforme gráfico abaixo, considere o sistema em regime permanente

no ponto de análise sendo (B) o atrito representado pelas partes mecânicas com valor igual à 50.10-3_Nm.s/rd. De acordo com os valores calcule:

a-) A tensão necessária na armadura para manter o motor em 1200 rpm. b-) A força contra-eletromotriz na velocidade de 1600 rpm.

c-) O torque nominal solicitado do motor .

d-) A potência mecânica nominal solicitada do motor.

A-) CÁLCULO DA TENSÃO NA ARMADURA NA ROTAÇÃO DE 1200 RPM.

( )

30 30 π . . 1 200 50.10 T T B.w T 30Nm T rpm Para 1200 1,25A i 160 200 i R V i . w . i K . i R -3 M L M L F F F F F Rotor F V A A A Rotor +       = + = = → = ∴ = → = + = V

( )

(

)

156V V 30 π 5 . 1200 . 0,85 . 1,2 ,14 0,658 . 34 V . w . i K . i R V 34,14A i 5 0,85 . 1,2 36,28 iA . i K T i . i . i K T 36,28 Nm T 30 A A Rotor F V A A A A F T M A F A T M M =       + = + = = ∴ = → = → = =    

178V E 30 π . ,25 . 1600 0,85 . 1 E . . i K EA = V F ωRotor → A = ∴ A =

( )

60,5 Nm T 50 30 π . 2000 . 50.10 T T B.ω T M -3 M L M Rotor = +       = + = →

b-) Cálculo da força contra-eletromotriz na rotação de 1600 rpm.

c-) Cálculo do torque nominal solicitado do motor.

60,5 Nm TM = 17,22CV P 736 30 π 2000 . 60,5 . P 736 . T P MEC (CV) MEC (CV) Rotor M MEC (CV) =       = → = ϖ

Motor de Corrente Contínua na Ligação Paralela ou Shunt

No motor com excitação paralela ou Shunt o conjunto de bobinas de campo fica em paralelo com o enrolamento da armadura e são fabricadas com um grande número de espiras de fio fino porque na condição de plena carga circula uma alta corrente no enrolamento da armadura.

O motor Shunt possui velocidade praticamente constante mesmo se ocorrer uma grande variação de carga.

i_T i_F V_T i_A F F T F A T A A A T

i

R

V

i

I

I

E

i

R

V

.

.

=

+

=

+

=

Como um motor shunt responde a aplicação da carga ?

Suponha que a carga no eixo do motor é elevada. Então o torque

da carga excederá o torque desenvolvido pela máquina, e dessa

forma ocorrerá uma redução da velocidade (

ω

_rotor

)

_.

Quando a velocidade do motor diminui, há uma redução da

tensão interna

E

_A

= K

_V

. i

_F

. ω

_rotor

Entretanto, a corrente de armadura

I

_A

= (V

_T

– E

_A

)/R

_A

aumenta.

Como a corrente de armadura aumenta, o torque desenvolvido

no motor aumenta

T

_M

= K

_V

. i

_F

. I

_A

E finalmente, o torque desenvolvido igualará ao torque da

carga em uma velocidade mecânica de rotação menor.

Como é possível controlar a velocidade de um motor DC shunt ? 1- Ajuste da resistência de campo

2- Ajuste da tensão terminal aplicada a armadura 3- Ajuste da resistência na armadura

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES DC SHUNT

Mudança na resistência de campo

Para compreender o que acontece quando a resistência de campo é variada, assuma que a resistência de campo aumenta.

Se a resistência de campo aumenta, então a corrente de campo diminui.

I = V / R I_F = V_T / R_F

Com a redução da corrente de campo,o fluxo também diminui.

Uma redução no fluxo causa uma redução instantânea na tensão interna gerada.

E_A= KV . iF . ω_rotor

Causando um grande aumento na corrente de armadura da máquina.

I_A = (V_T – E_A )/R_A

O aumento da corrente na armadura predomina sobre o decréscimo no fluxo, e o torque desenvolvido aumenta:

O torque desenvolvido pelo motor é maior que o torque de carga, e a velocidade do motor aumenta.

Quando a velocidade aumenta a tensão interna (EA) também aumenta o que provoca uma redução da corrente de armadura.

CONTROLE DE VELOCIDADE DE MOTORES CC SHUNT

A redução da corrente de armadura faz com que o torque desenvolvido também se reduza.

E finalmente, mais uma vez o torque se iguala ao torque de carga numa velocidade mais alta que a velocidade inicial.

Mudança na Tensão da Armadura

Condições as cargas devem ser de torque constante

Para uma carga de torque constante pode-se conseguir uma variação suave da rotação do motor de zero até a rotação nominal através do ajuste da tensão de armadura (V_T)

Com o aumento da tensão na Armadura ocorre um aumento da rotação do motor e ao mesmo tempo um aumento da corrente e da tensão de campo fazendo com que o torque do motor aumente

F T M A L rotor M F A T M F V A A A rotor

i

K

T

i

T

B

T

i

i

K

T

i

K

i

R

V

.

)

.

(

.

.

.

)

.

(

=

→

+

=

=

−

=

ω

ω