Motores de Excitacao Independente e em Derivacao - Engenharia Eletrica

Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica Máquinas Elétricas MOTORES DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE E EM DERIVAÇÃO Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica OS MOTORES DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE E EM DERIVAÇÃO O circuito equivalente de um motor de excitação independente está mostrado na Figura a e o circuito equivalente de um motor CC em derivação conhecido também como motor shunt está mostrado na Figura b Um motor CC de excitação independente é um motor cujo circuito de campo é alimentado a partir de uma fonte isolada de tensão constante ao passo que um motor CC em derivação é um motor cujo circuito de campo é alimentado diretamente dos terminais de armadura do próprio motor Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica OS MOTORES DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE E EM DERIVAÇÃO Na prática quando a tensão da fonte de alimentação de um motor é constante não há nenhuma diferença de comportamento entre esses dois tipos de máquinas A não ser que seja especificado em contrário sempre que o comportamento de um motor em derivação for descrito também estaremos incluindo o motor de excitação independente A equação da lei de Kirchhoff das tensões LKT para o circuito de armadura desses motores é Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica OS MOTORES DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE E EM DERIVAÇÃO a O circuito equivalente de um motor CC de excitação independente b b O circuito equivalente de um motor CC em derivação shunt Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica OS MOTORES DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE E EM DERIVAÇÃO OS MOTORES DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE E EM DERIVAÇÃO A equação da lei de Kirchhoff das tensões LKT para o circuito de armadura desses motores é 𝑉𝑇 𝐸𝐴 𝐼𝐴 𝑅𝐴 Substituindo os valores de 𝐸𝐴 e 𝐼𝐴 𝐸𝐴 𝐾𝜔𝑚 𝐼𝐴 𝑇 𝐾𝜙 Combinando as Equações 𝑉𝑇 𝐾𝜔𝑚 𝑇 𝐾𝜙 𝑅𝐴 Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica OS MOTORES DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE E EM DERIVAÇÃO Finalmente isolando a velocidade do motor temos 𝜔𝑚 𝑉𝑇 𝐾 𝑅𝐴 𝐾𝜙 2 T Essa equação é simplesmente uma linha reta com uma inclinação negativa A característica resultante de conjugado versus velocidade de um motor CC em derivação está mostrada na Figura seguinte Outro efeito interno do motor que também pode afetar a forma da curva de conjugado versus velocidade é a reação de armadura Se um motor apresentar reação de armadura então os efeitos de enfraquecimento de fluxo reduzirão o seu fluxo quando a carga aumentar Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica Motores CC a Característica de conjugado versus velocidade de um motor CC em derivação ou de excitação independente com enrolamentos de compensação para eliminar a reação de armadura Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica Motores CC b Característica de conjugado versus velocidade de um motor em que a reação de armadura está presente Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica EXERCÍCIOS Um motor CC em derivação de 50 HP 250 V e 1200 rpm com enrolamentos de compensação tem uma resistência de armadura incluindo as escovas os enrolamentos de compensação e os interpolos de 006Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de 𝑅𝑎𝑗 𝑅𝐹 de 50Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm Há 1200 espiras por polo no enrolamento do campo em derivação veja a Figura a Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é 100 A b Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é 200 A c Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é 300 A d Plote a característica de conjugado versus velocidade do motor Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica EXERCÍCIOS 02 Um motor CC em derivação de 50 HP 250 V e 1200 rpm sem enrolamentos de compensação tem uma resistência de armadura incluindo as escovas e os interpolos de 006Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de RF Raj de 50Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm No enrolamento do campo em derivação há 1200 espiras por polo A reação de armadura produz uma força magnetomotriz desmagnetizante de 840 Ae para uma corrente de campo de 200 A A curva de magnetização dessa máquina está mostrada na Figura seguinte Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica EXERCÍCIOS a Encontre a velocidade desse motor quando a sua corrente de entrada é 200 A b Basicamente esse motor é idêntico ao do Exemplo anterior exceto pelo fato de que os enrolamentos de compensação estão ausentes Como essa velocidade pode ser comparada com a do motor anterior para uma corrente de carga de 200 A c Calcule e plote a característica de conjugado versus velocidade do motor Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica Controle de velocidade de um motor CC em derivação Os dois modos comuns de se controlar a velocidade de um motor CC em derivação são 1 Ajuste da resistência de campo RF e consequentemente do fluxo de campo 2 Ajuste da tensão de terminal aplicada à armadura O método menos comum de se controlar a velocidade é 3 Inserção de um resistor em série com o circuito de armadura Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica ALTERAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE CAMPO Para compreender o que acontece quando o resistor de campo de um motor CC é mudado assume que o resistor de campo aumente de valor e observe a resposta Se a resistência de campo aumentar então a corrente de campo diminuirá 𝐼𝐹 Τ 𝑉𝑇 𝑅𝐹 e quando isso acontecer o fluxo também diminuirá junto Uma diminuição de fluxo causa uma queda instantânea na tensão gerada interna 𝐸𝐴 𝐾𝜙𝜔𝑚 o que leva a um grande aumento de corrente de armadura na máquina porque 𝐼𝐴 𝑉𝑇 𝐸𝐴 𝑅𝐴 Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica ALTERAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE CAMPO O conjugado induzido em um motor é dado por 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐾𝜙𝐼𝐴 Já que o fluxo ϕ dessa máquina diminui quando a corrente 𝐼𝐴 aumenta então 𝐸𝐴 tambem diminuirá proporcionalmente Assim o aumento de corrente predomina sobre a diminuição de fluxo e o conjugado induzido sobe 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐾 𝜙 𝐼𝐴 Como 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝜏𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 a velocidade do motor aumenta Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica ALTERAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE CAMPO Entretanto quando o motor aumenta de velocidade a tensão gerada interna 𝐸𝐴 sobe fazendo 𝐼𝐴 cair Quando 𝐼𝐴 diminui o conjugado induzido 𝜏𝑖𝑛𝑑 também cai e finalmente 𝜏𝑖𝑛𝑑 igualase novamente a 𝜏𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 em uma velocidade de regime permanente superior à original Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica ALTERAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE CAMPO Resumindo o comportamento de causa e efeito envolvido neste método de controle de velocidade temos 1 O aumento de RF faz IF VT RF diminuir 2 A diminuição de IF diminui 3 A diminuição de baixa EA Km 4 A diminuição de EA aumenta IA VT EA RA 5 O aumento de IA eleva ind KIA sendo que a alteração em IA predomina sobre a variação de fluxo 6 A elevação de ind torna ind carga e a velocidade m sobe 7 O aumento de m eleva EA Km novamente 8 A elevação de EA diminui IA 9 A diminuição diminuição de 𝐼𝐴 reduz 𝜏𝑖𝑛𝑑 até que 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝜏𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎em uma velocidade 𝜔𝑚 mais elevada Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica ALTERAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE CAMPO O efeito do aumento da resistência de campo sobre a característica de saída de um motor em derivação está mostrado na Figura abaixo Observe que quando o fluxo na máquina diminui a velocidade a vazio do motor aumenta ao passo que a inclinação da curva de conjugado versus velocidade tornase mais acentuada Naturalmente a diminuição de 𝑅𝐹 inverte o processo inteiro e a velocidade do motor diminui Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica EXERCÍCIOS 03 A Figura abaixo mostra um motor CC em derivação de 100 HP 250 V e 1200 rpm com uma resistência de armadura de 003Ω e uma resistência de campo de 4167Ω O motor tem enrolamentos de compensação de modo que a reação de armadura pode ser ignorada Podese assumir que as perdas mecânicas e no núcleo são desprezíveis para os propósitos deste problema Assumese que o motor está acionando uma carga com uma corrente de linha de 126 A e uma velocidade inicial de 1103 rpm Para simplificar o problema assuma que a corrente de armadura do motor permanece constante a Se a curva de magnetização da máquina for a mostrada na Figura qual será a velocidade do motor se a resistência de campo for elevada para 50Ω b Calcule e plote a velocidade desse motor em função da resistência de campo 𝑅𝐹 assumindo uma carga de corrente constante Prof Msc Elson Borges da Silva Filho Curso de Engenharia Elétrica EXERCÍCIOS 04 04 Agora o motor do Exercício 03 foi conectado na forma de excitação independente como está mostrado na Figura abaixo Inicialmente o motor opera com 𝑉𝐴 250𝑉 𝐼𝐴 120𝐴 𝑒 𝑛 1103𝑟𝑝𝑚 e aciona uma carga de conjugado constante Qual será a velocidade desse motor se a tensão 𝑉𝐴 for reduzida para 200 V