Controle de Velocidade da Máquina de Corrente Contínua

MÁQUINAS ELÉTRICAS I Nota O material a seguir é um slide de aula apresentado pelo prof William Caires Silva Amorim como material pedagógico do IFMG dentro de suas atividades curriculares ofertadas em ambiente virtual e presencial de aprendizagem Seu uso cópia e ou divulgação em parte ou no todo por quaisquer meios existentes ou que vierem a ser desenvolvidos somente poderá ser feito mediante autorização expressa deste docente e do IFMG Caso contrário estarão sujeitos às penalidades legais vigentes Aula 16 Controle de Velocidade da Máquina de Corrente Contínua Prof William Caires Silva Amorim ITBELET040 MÁQUINAS ELÉTRICAS I MÁQUINAS ELÉTRICAS I 3 Sumário Métodos de Controle de Velocidade Regulação de Tensão e Regulação de Velocidade MÁQUINAS ELÉTRICAS I Ligação Independente 4 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Circuito Equivalente Motor CC 5 MÁQUINAS ELÉTRICAS I No motor o circuito equivalente do campo e da armadura é dado de forma simplificada por 𝑉𝑇 𝑉𝐹 𝑅𝐹𝐼𝐹 𝑉𝐴 𝑅𝐴𝐼𝐴 𝐸𝐴 𝐸𝐴 𝑘𝜙𝜔𝑚 Relação de velocidade e torque 6 MÁQUINAS ELÉTRICAS I 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 𝑉𝐴 𝑅𝐴𝐼𝐴 𝐸𝐴 𝐸𝐴 𝑘𝜙𝜔𝑚 𝑇 𝑘𝜙𝐼𝐴 Relação de velocidade e torque 7 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Resposta do motor CC alimentação independente com variação da carga 1 Se o torque da carga Tcarga aumenta ele será maior que o torque induzido Tind 2 A máquina perde velocidade ωm 3 A tensão induzida EA diminui 4 A corrente de armadura IA aumenta 5 Toque induzido aumenta até igualar ao conjugado da carga 6 Máquina estabiliza com velocidade menor 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 𝑉𝐴 𝑅𝐴𝐼𝐴 𝐸𝐴 𝐸𝐴 𝑘𝜙𝜔𝑚 𝑇 𝑘𝜙𝐼𝐴 Efeito do Fluxo Magnético 8 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Relação de velocidade e torque De acordo com a equação obtida se o fluxo polar é enfraquecido consideravelmente o motor tende a disparar De forma geral o controle de velocidade dos motores CC é simples e mais barato que o controle de velocidade de máquinas CA 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 𝑉𝐴 𝑅𝐴𝐼𝐴 𝐸𝐴 𝐸𝐴 𝑘𝜙𝜔𝑚 𝑇 𝑘𝜙𝐼𝐴 Como controlar a velocidade de um motor CC 9 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Relação de velocidade e torque Basicamente existem três processos para se regularcontrolar a velocidade de um motor CC Controle pela variação da tensão na armadura 𝑉𝐴 Controle pela variação do fluxo magnético 𝜙 Controle pela adição de resistência 𝑅𝐴𝐴 em série com a armadura 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 𝑉𝐴 𝑅𝐴𝐼𝐴 𝐸𝐴 𝐸𝐴 𝑘𝜙𝜔𝑚 𝑇 𝑘𝜙𝐼𝐴 Controle pela variação de tensão na armadura 10 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela variação de tensão na armadura 𝑽𝑨 Interesse Alterar tensão de armadura 𝑉𝐴 Tensão e corrente de campo 𝑉𝐹 e 𝐼𝐹 mantidas constantes fluxo magnético 𝜙 constante Dinâmica 1 Aumento de 𝑉𝐴 implica em aumento de 𝐼𝐴 2 Aumento de 𝐼𝐴 implica em aumento de 𝑇 3 Aumento de 𝑇 implica em aumento de 𝜔𝑚 4 Aumento de 𝜔𝑚 implica em aumento de 𝐸𝐴 5 Aumento de 𝐸𝐴 implica diminuição de 𝐼𝐴 6 Diminuição de 𝐼𝐴 causa diminuição de 𝑇 até que 𝑇 𝑇𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 com velocidade 𝜔𝑚 mais elevada 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 Controle pela variação de tensão na armadura 11 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela variação de tensão na armadura 𝑽𝑨 Para um torque de carga constante a velocidade varia linearmente com a tensão de armadura 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 Controle pela variação de tensão na armadura 12 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela variação de tensão na armadura 𝑽𝑨 Relação entre velocidade e torque com a variação na tensão de armadura 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 Controle pela variação de tensão na armadura 13 MÁQUINAS ELÉTRICAS I RESUMO Controle pela variação de tensão na armadura 𝑽𝑨 Este método requer uma fonte de tensão variável para o circuito de armadura Há uma velocidade máxima que pode ser alcançada com o controle por tensão de armadura Essa velocidade máxima ocorre quando a tensão de armadura do motor atinge seu valor máximo permitido O controle de velocidade pela tensão de armadura fornece uma variação suave da velocidade de zero até a velocidade base nominal aquela que é obtida quando a tensão nominal é aplicada aos terminais da armadura Controle pela variação do fluxo magnético 14 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela variação do fluxo magnético 𝝓 Interesse alterar corrente de campo 𝐼𝐹 Alteração da resistência de campo inclusão de 𝑅𝐹𝐴 Alteração da tensão de campo Controle pela variação do fluxo magnético 15 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela variação do fluxo magnético 𝝓 Interesse alterar corrente de campo 𝐼𝐹 Tensão de armadura e resistência de armadura 𝑉𝐴 e 𝑅𝐴 constantes Dinâmica 1 Diminuição de 𝐼𝐹 implica em diminuição do 𝜙 2 Diminuição do 𝜙 implica em diminuição de 𝐸𝐴 3 Diminuição de 𝐸𝐴 implica em aumento de 𝐼𝐴 4 Aumento de 𝐼𝐴 causa aumento de 𝑇 5 Aumento de 𝑇 implica em aumento de 𝜔𝑚 6 Aumento de 𝜔𝑚 implica em aumento de 𝐸𝐴 7 Aumento de 𝐸𝐴 implica diminuição de 𝐼𝐴 8 Diminuição de 𝐼𝐴 causa diminuição de 𝑇 até que 𝑇 𝑇𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 com velocidade 𝜔𝑚 superior à original 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 Controle pela variação do fluxo magnético 16 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela variação do fluxo magnético 𝝓 Pela relação inversa é possível perceber que se o campo for retirado a velocidade sobe perigosamente 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 Controle pela variação do fluxo magnético 17 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela variação do fluxo magnético 𝝓 Para operação desde a vazio até plena carga um incremento na resistência de campo aumentará a velocidade de operação 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 Controle complementar 18 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle complementar A Velocidade Base pode ser definida como a velocidade quando a tensão de terminal potência e corrente de campo são nominais Controle pela adição de resistência em série com a armadura 19 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela adição de resistência 𝑹𝑨 em série com a armadura Para se conseguir essa variação colocase um reostato externo em série com a armadura do motor A inserção de resistor é pouco eficiente uma vez que as perdas no resistor são muito elevadas O próprio reostato de partida pode ser empregado para variar a velocidade do motor desde que seja projetado para funcionamento contínuo Esse método é o menos utilizado Controle pela adição de resistência em série com a armadura 20 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela adição de resistência 𝑹𝑨 em série com a armadura Interesse Alterar resistência equivalente de armadura 𝑅𝐴 Tensão e corrente de campo 𝑉𝐹 e 𝐼𝐹 mantidas constantes fluxo magnético 𝜙 constante Dinâmica 1 Diminuição de 𝑅𝐴𝐴 implica em aumento de 𝐼𝐴 2 Aumento de 𝐼𝐴 implica em aumento de 𝑇 3 Aumento de 𝑇 implica em aumento de 𝜔𝑚 4 Aumento de 𝜔𝑚 implica em aumento de 𝐸𝐴 5 Aumento de 𝐸𝐴 implica diminuição de 𝐼𝐴 6 Diminuição de 𝐼𝐴 causa diminuição de 𝑇 até que 𝑇 𝑇𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 com velocidade 𝜔𝑚 mais elevada 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 Controle pela adição de resistência em série com a armadura 21 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela adição de resistência 𝑹𝑨 em série com a armadura Para um valor fixo de torque 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 Controle pela adição de resistência em série com a armadura 22 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Controle pela adição de resistência 𝑹𝑨𝑨 em série com a armadura Para um certo valor de torque de carga no gráfico podemos ver os diferentes valores de resistência para se obter diferentes velocidade para o motor RA é a soma entre a resistência de armadura e a do reostato inserido 𝜔𝑚 𝑉𝐴 𝑘𝜙 𝑅𝐴 𝑘𝜙 2 𝑇 Motor CC Regulação de Tensão e Regulação de Velocidade 23 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Regulação de velocidade 24 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Regulação de velocidade é uma medida da capacidade de um motor de manter constante a velocidade no eixo quando a carga varia vz vazio pc plena carga Uma regulação de velocidade positiva significa que a velocidade de um motor cai com o aumento de carga e uma regulação de velocidade negativa significa que a velocidade de um motor sobe com o aumento de carga Regulação de tensão 25 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Regulação de tensão é uma medida da capacidade de um gerador de manter constante a tensão em seus terminais quando a carga varia vz vazio pc plena carga Uma RT pequena é melhor no sentido de que a tensão nos terminais do gerador é mais constante com as variações de carga Regulação de Velocidade Exemplo 26 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Exercício Petrobras 2011 A velocidade de rotação do eixo de um motor de corrente contínua operando a vazio é de 1200 rpm Quando o motor opera a plena carga a velocidade de rotação do eixo passa a ser de 1000 rpm A regulação de velocidade desse motor em valor percentual é a 167 b 200 c 167 d 200 e 250 Obrigado pela atenção Bons estudos Dúvidas Email williamamorimifmgedubr 27 MÁQUINAS ELÉTRICAS I Aquele que não sabe e não sabe que não sabe é um tolo evitemno Aquele que não sabe e sabe que não sabe é uma criança ensineo Aquele que sabe e não sabe que sabe é um dormente desperteo Aquele que sabe e sabe que sabe é um sábio sigao Provérbio persa