Dc motors and generators

APLICAÇÕES ATUAIS
 Indústria
 Carros
 Aeronaves
 Metrôs
 Trens
TIPOS
 Excitação Separada
 Derivação
 Imã Permanente
 Motor Série
 MotorComposto

2
T A A A
ind
T A
T A
ind
V E I R
V K R
K
V R
K K

 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 . O circuito de campo tem uma resistência total Radj+RF de 50 , 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
d. Plote a característica
torque-velocidade deste motor.

190, 1173
388, 1144 587, 1115
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 200 400 600 800
Rotação[rpm]
Torque Induzido [Nm]

net ARF F
N I
* AR
F F
F
I I
N
2
1
2
1
A
A
E n
E n
0
50
100
150
200
250
300
350
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00
TensãodaArmadura,EA(V)
Corrente de Campo, IF (A)
Curva de MagnetizaçãoTípica de um Motor
CC 250 hp a 1200 rpm

 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 . O circuito
de campo tem uma resistência total Radj+RF de 50 , 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
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
torque-corrente deste motor.

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)
TensãodeArmadura,EA
(V)

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)
nind
(rpm)

1. OAumento 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 A
K I
A
E K

0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 10 20 30 40 50 60
Torque
Rotação
w1
w2
w3
w4
Corrigir

1. OAumento 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
A A
A
A
V E
I
R
ind A
K I
A
E K
A A
A
A
V E
I
R

Adicionando
Resistências à
Armadura

Tem-se um motor shunt de 100 hp, 250V, 1200 rpm com resistência de armadura de 0,03 e
resistência de campo de 41,67 . 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
50
100
150
200
250
300
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00
TensãodaArmadura,EA(V)
Corrente de Campo, IF (A)
Curva de Magnetização Típica de um
Motor CC 100 hp a 1200 rpm

a. Qual a velocidade do motor de a resistência de campo subir para 50 .
b. Plote a característica da velocidade do motor versus a Resistência de
Campo, assumindo constante a corrente de carga.
1 1 1
250
126 120 A
41,67A L F
I I I
1 1
250 120 0,03 246,4 VA 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 Tensão de armadura
proporcional
a corrente 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 ( )
Rotação(rpm)

O motor do Ex. 9.3 é agora conectado com excitação separada.O motor
inicialmente está rodando com VA = 250V, IA = 120 A e n = 1103
rpm, enquanto está fornecendo um torque constante.O que ocorre com a
velocidade deste motor quando VA é reduzido para 200V?

VANTAGENS
 Não requerem um circuito
de campo externo
 Não ter perdas no
enrolamento de campo
 Tamanho
 Custo
DESVANTAGENS
 Fluxo de campo pequeno
 Menor ind porAmpère
 Correm o risco de
desmagnetização

ind A
K I
A
c I
2
ind AK c I Maior torque por Ampère de armadura!

O motor CC série mostrado é de 250V com enrolamentos de compensação e
com uma resistência série RA + RS de 0,08 . O campo série consiste de 25
espiras por pólo, com a curva de magnetização dada abaixo.

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(rpm)

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

0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Torque
Rotação
f1
f2
f3
f4
f5
f6
1
2
3
4
5
6

Um motor CC composto, de 100 hp, 250V com enrolamentos de
compensação tem resistência interna, incluindo o enrolamento em
série, de 0,04 . Há 1000 espiras por pólo no campo shunt e 3 espiras
no campo série. AVazio, o resistor de campo é ajustado para fazer o
motor girar a 1200 rpm.

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 = 200 A.

1. Resistência de Campo
2. Tensão de Armadura
3. Resistência de Armadura

 Controle e Proteções
 Curto Circuitos
 Sobrecarga
 Excessivas Correntes de Partida
 Forma Conveniente deVariar aVelocidade

A figura anterior mostra um motor CC shunt 100
hp, 250V, 350 A, com uma resistência de armadura
de 0,05 . 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
resistência?A que tensão cada estagio de
partida será tirado?

 Velocidade mecânica fixa
 A tensão terminal é variada variando-se a
corrente de campo

 Proteção
 Excessivas correntes de armadura
 Subtensões
 Perdas de corrente de campo
 Energização
 Força (Tiristores para Retificação)
 Circuito de Comando (Gatilho dosTiristores)

 Cobre
 Escovas
 Mecânicas
 Ferro
 Adicionais

Um motor CC shunt de 50 hp, 250V, 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 10,2V (excluindo as
escovas) produz uma corrente de 170 A. A queda
de tensão nas escovas é de 2V. Sem carga com
uma tensão terminal de 240V, 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?
b. Qual é a eficiência deste motor?

 Excitação Separada
 Shunt
 Série
 Composto Aditivo
 Composto Subtrativo
VR nl fl
nl
V V
V

 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
V E I R
Principal Método

net ARF F
N I
* AR
F F
F
I I
N
2
1
2
1
A
A
E n
E n

Um gerador cc de excitação separada tem dados
nominais 172 kW, 430V, 400 A e 1800 rpm. Sua curva
de magnetização já foi mostrada.

a) Se Radj mudar para 63 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 Aesp.
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 compensação). Qual será o valor de
Radj para que isto aconteça?

Reduzindo VT que
reduz IF que reduz
EA que reduz VT

 Variando aVelocidade
Se aumenta, então
também
Se é diminuido, 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
V E I R
Principal Método

Redução da
tensão devido a
queda de tensão
Mesma queda
de tensão

Grandes reações
de armadura são
intencionais em
cargas como
fornos a arco

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
A S A
I R R
T A A S A
V E I R R
SE SE A
N I
tot F SEF A
N I N I
T A A S A
V E I R R
A
E K
Ocorre uma compensação!

Supercomposto
Composto Plano
Subcomposto
Paralelo

 Variando a velocidade
Se aumenta, então
também
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
V E I R

SE AR
eq
*
eq
A
F F
F F
N
I I
N N
I I I

 Com o aumento de IA aumenta a queda
, caindo a
 Com o aumento de IA a fmm do campo série
também aumenta que reduz a
fmm do gerador ( ) que
reduz o fluxo que reduz EA que reduz VT
T A A A S
V E I R RA A S
I R R
SE SE A
N I
tot SEF F A
N I N I

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