Acionamentos Elétricos – Máquinas de Corrente Contínua
Características construtivasCampo 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:
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Funcionamento do comutadorProdução de f.e.m.
Acionamentos Elétricos – Máquinas de Corrente Contínua
Tensão Induzida:
raartart
rt
rt
wKEwaPN
eaN
EwP
e
rP
ABrwBe
rwBe
.....
...
.2
.)(...)(.2
..).(.2
Φ=⇒Φπ
==⇒π
Φ=
πΦ=Φ=θ⇒θ=
θ=
ll
l
Conjugado Eletromagnético:
aa .ππ
aaeace
aacc
cacccc
IKTIaPN
NTT
aIP
raI
BrfT
aiIrfTiBf
.....
..2.
2
.....)(.
. & ..).(
Φ=⇒Φπ
===
πΦ=θ==
==→θ=
l
l
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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.
•
Acionamentos Elétricos – Máquinas de Corrente Contínua Reação de Armadura em Máquinas C.C.• Apesar dos campos de armadura e da bobina de excitação estarem com eixos magnéticos de-fasados de 90o, existe um acoplamento magné-tico devido a distribuição espacial destes cam-pos;• Há um aumento de densidade de fluxo em um lado da sapata polar e um decréscimo no lado oposto da mesma;oposto da mesma;• Consequências:
� Desalinhamento da linha neutra.� Distorção da onda de distribuição espa-cial dos campos;
• Problemas:� Faiscamento entre escova e lâminas (tensão induzida na bobina em comu-tação);� 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;
{ }
básica e velocidad .K
Vw
.K
T I I..KT
If I.RV
w..K E I.REV
a
ao
a
eaaae
fffwf
raaaaaa
⇒Φ
=
Φ=⇒Φ=
=Φ⇒=Φ=⇒+=
[ ] e2a
a
a
ar T
.K
R
.K
Vw
Φ−
Φ=
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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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Partida Resistiva de Motores C.C.
[ ][ ] a
noma
a
noma
anomr I
.K
RR
.K
Vw
Φ+
−Φ
=
S1 S2 S3 S4
R1 R2 R3 R4
Observação:A partida sempre é feita com campo pré-excitado em seu valor máximo
Ia
Wr
Iamax
Iamin
Característica natural
w1 w2 w3 w4
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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
Ia Característica naturalIa
Wr
Ianom
Característica natural
-Ianom
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Frenagem Dinâmica de Motores C.C.S1 S2 S3 S4
R1 R2 R3 R4
WrIa
-Iamax
-Iamin
Característica naturalw1w2w3w4
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Frenagem por Contra-Corrente de Motores C.C.S1 S2 S3
R1 R2 R3-V t
Ia
Característica natural
-Iamax
-Iamin
w1w2w3
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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
[ ]RRV +
Métodos de Variação de Velocidade:• Variação de Resistência de Armadura• Variação de Tensão de Armadura• Variação de Tensão de Campo
[ ][ ] a
a
a
a
ar I
.K
RR
.K
Vw
Φ+−
Φ=
RVa
Φ
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Variação da Resistência de Armadura
[ ][ ] e2
noma
a
noma
anomr T
.K
RR
.K
Vw
Φ+−
Φ=
Característica natural
• Perda da capacidade de conjugado• Perda de energia
0≤wr≤wrnom
Ia
Wr
Ianom
w2 w1 wnom
Característica da carga
Acionamentos Elétricos – Máquinas de Corrente Contínua
Variação da Tensão de Armadura
[ ] e2noma
a
noma
ar T
.K
R
.K
Vw
Φ−
Φ=
Garantia de Capacidade de Conjugado
Ia
Característica natural
VanomVa2 Va1Va3Va4Va5Va6
Ia
Wr
Ianom
w2 w1 wnom
Característica da carga
0≤wr≤wrnom
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Variação da Tensão de Campo
[ ] e2a
a
a
anomr T
.K
R
.K
Vw
Φ−
Φ=
Ia
Φnom
Φ1
• Enfraquecimento de campo• Limitado pela reação de armadura
Ia
Wr
Ianom
w2w1wnom
wr>wrnom
Φ1
Φ2
carga
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Operação a Conjugado Constante e Potência Constante
Características:• Limite Térmico: Ia = constante• Limites Elétricos: Va = constante
Φ =mínimo
Conjugado Constante:0≤wr≤wrnom: fluxo constante
Va variável
Potência Constante:wr > wrnom: fluxo variável
Va constanteTe
Va constanteTe
Wr
Ea.Ia=cte Ea.Ia=cte
Te=cte