Aula 13: Classificação e Funcionamento de Motores CC

Conversão de Energia I CVEE6 Aula 13 Prof Elian João Agnoletto agnolettoelianifspedubr CVEE6 Conversão de Energia I 1 Sumário CVEE6 Conversão de Energia I 2 Classificação de máquinas CC Motores CC CVEE6 Conversão de Energia I 3 Classificação das máquinas CC O motor CC de excitação independente O motor CC em derivação O motor CC série O motor CC composto Circuito equivalente do motor CC CVEE6 Conversão de Energia I 4 Tensão interna gerada Conjugado induzido desenvolvido pela máquina Motor CC de excitação independente CVEE6 Conversão de Energia I 5 Circuito de campo é alimentado a partir de uma fonte isolada de tensão constante Motor CC com excitação em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 6 Circuito de campo é alimentado diretamente dos terminais de armadura do próprio motor Curva conjugado x velocidade CVEE6 Conversão de Energia I 7 Curva conjugado x velocidade CVEE6 Conversão de Energia I 8 Efeito da reação de armadura Enfraquecimento de fluxo causa redução do fluxo quando a carga aumenta Aumento da velocidade do motor em relação à velocidade na qual o motor giraria se não houvesse a reação de armadura Se o motor tiver enrolamentos de compensação não haverá problemas de enfraquecimento de fluxo na máquina 𝜙 𝑐𝑡𝑒 Curva de magnetização CVEE6 Conversão de Energia I 9 Tensão interna gerada 𝜙 e 𝐸𝐴 função não linear de sua força magnetomotriz Variação da força magnetomotriz produzirá um efeito não linear sobre 𝐸𝐴 Utilização da curva de magnetização para determinar 𝐸𝐴 Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 10 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm 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 Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 12 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm a Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é 100 A 𝐼𝐴 𝐼𝐿 𝐼𝐹 100 250 50 95 𝐴 𝐸𝐴 𝑉𝑇 𝑅𝐴𝐼𝐴 250 006 95 2443 𝑉 Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 13 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm a Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é 100 A 𝐸𝐴 𝐾𝜙𝑛𝑚 𝐾𝜙 𝐸𝐴 𝑛𝑚 250 1200 𝑛𝑚 𝐸𝐴 𝐾𝜙 2443 250 1200 117264 rpm A vazio Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 14 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm b Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é 200 A 𝐼𝐴 𝐼𝐿 𝐼𝐹 200 250 50 195 𝐴 𝐸𝐴 𝑉𝑇 𝑅𝐴𝐼𝐴 250 006 195 2383 𝑉 Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 15 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm b Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é 200 A 𝐸𝐴 𝐾𝜙𝑛𝑚 𝐾𝜙 𝐸𝐴 𝑛𝑚 250 1200 𝑛𝑚 𝐸𝐴 𝐾𝜙 2383 250 1200 114384 rpm A vazio Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 16 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm c Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é 300 A 𝐼𝐴 𝐼𝐿 𝐼𝐹 300 250 50 295 𝐴 𝐸𝐴 𝑉𝑇 𝑅𝐴𝐼𝐴 250 006 295 2323 𝑉 Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 17 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm c Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de entrada é 300 A 𝐸𝐴 𝐾𝜙𝑛𝑚 𝐾𝜙 𝐸𝐴 𝑛𝑚 250 1200 𝑛𝑚 𝐸𝐴 𝐾𝜙 2323 250 1200 111504 rpm A vazio Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 18 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm d Plote a característica de conjugado versus velocidade do motor 𝜏𝑖𝑛𝑑𝜔𝑚 𝐸𝐴𝐼𝐴 𝐸𝐴 2443 𝑉 𝐼𝐴 95 𝐴 𝑛𝑚 117264 rpm 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐸𝐴𝐼𝐴 𝑛𝑚 2𝜋 60 𝜏𝑖𝑛𝑑 2443 95 117264 2𝜋 60 189 Nm Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 19 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm d Plote a característica de conjugado versus velocidade do motor 𝜏𝑖𝑛𝑑𝜔𝑚 𝐸𝐴𝐼𝐴 𝐸𝐴 2383 𝑉 𝐼𝐴 195 𝐴 𝑛𝑚 114384 rpm 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐸𝐴𝐼𝐴 𝑛𝑚 2𝜋 60 𝜏𝑖𝑛𝑑 2383 195 114384 2𝜋 60 388 Nm Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 20 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm d Plote a característica de conjugado versus velocidade do motor 𝜏𝑖𝑛𝑑𝜔𝑚 𝐸𝐴𝐼𝐴 𝐸𝐴 2323 𝑉 𝐼𝐴 295 𝐴 𝑛𝑚 111504 rpm 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐸𝐴𝐼𝐴 𝑛𝑚 2𝜋 60 𝜏𝑖𝑛𝑑 2323 295 111504 2𝜋 60 587 Nm Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 21 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 006 Ω Seu circuito de campo tem uma resistência total de Raj RF 50 Ω produzindo uma velocidade a vazio de 1200 rpm d Plote a característica de conjugado versus velocidade do motor Controle de velocidade de um motor CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 22 Ajuste da resistência de campo 𝑅𝐹 e consequentemente do fluxo de campo Ajuste da tensão de terminal aplicada à armadura Inserção de um reostato em série com o circuito de armadura menos usual Controle de velocidade de um motor CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 23 Ajuste da resistência de campo 𝑅𝐹 Exemplo 1 Aumento de 𝑅𝐹 2 Redução de 𝐼𝐹 3 Redução de 𝜙 4 Redução de 𝐸𝐴 5 Aumento de 𝐼𝐴 6 Aumento de 𝜏𝑖𝑛𝑑 aumento de 𝐼𝐴 predomina em relação à redução de 𝜙 7 Aumento de 𝜔𝑚 8 Aumento de 𝐸𝐴 9 Redução de 𝐼𝐴 10 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝜏𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 em uma velocidade 𝜔𝑚 maior Controle de velocidade de um motor CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 24 Ajuste da resistência de campo 𝑅𝐹 Controle de velocidade de um motor CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 25 Ajuste da tensão de terminal aplicada à armadura Variação da tensão aplicada à armadura do motor sem alterar a tensão aplicada ao campo Exemplo 1 Aumento de 𝑉𝐴 2 Aumento de 𝐼𝐴 3 Aumento de 𝜏𝑖𝑛𝑑 4 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝜏𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 aumento de 𝜔𝑚 5 Aumento de 𝐸𝐴 6 Redução de 𝐼𝐴 7 Redução de 𝜏𝑖𝑛𝑑 8 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝜏𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 em uma velocidade 𝜔𝑚 maior Controle de velocidade de um motor CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 26 Ajuste da tensão de terminal aplicada à armadura Controle de velocidade de um motor CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 27 Inserção de um resistor em série com o circuito de armadura menos usual Perdas no resistor são muito elevadas Aplicações nas quais o motor passa quase todo o tempo funcionando a plena velocidade Controle de velocidade de um motor CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 28 Variação da resistência de campo Controle de velocidade acima da nominal ou base Maiores correntes podem resultar na queima do enrolamento de campo Variação da tensão de armadura Controle de velocidade abaixo da nominal ou base Maiores valores de tensão de armadura poderão resultar na queima do enrolamento de armadura As técnicas de ajuste da resistência de campo 𝑅𝐹 e consequentemente do fluxo de campo e de ajuste da tensão de terminal aplicada à armadura são complementares Controle de velocidade de um motor CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 29 Controle por tensão de armadura 𝜙 é constante 𝜏max só depende da corrente 𝐼𝐴max 𝜏max é constante independentemente de 𝜔𝑚 𝑃max é diretamente proporcional à sua velocidade de operação 𝑃max fornecida por um motor CC controlado por corrente de campo é constante ao passo que 𝜏max varia conforme o inverso da velocidade do motor Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 30 Um motor CC com excitação independente possui resistência de armadura igual a 𝑅𝑎 006Ω Quando esse motor é conectado a uma fonte de 240V ele drena 90A da fonte de alimentação e possui rotação de 1200rpm a Determine o torque desenvolvido pelo motor nesse ponto de operação b Se o torque desenvolvido for 280Nm para a mesma excitação e mesma tensão de alimentação então determine a velocidade e a corrente de armadura do motor 𝐸𝐴 𝑉𝑇 𝑅𝐴𝐼𝐴 240 006 90 2346 𝑉 𝐸𝐴 𝐾𝜙𝜔𝑚 𝐾𝜙𝑛𝑚 2𝜋 60 𝐾𝜙 𝐸𝐴 𝑛𝑚 2𝜋 60 2346 1200 2𝜋 60 1867 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐾𝜙𝐼𝐴 a Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 31 Um motor CC com excitação independente possui resistência de armadura igual a 𝑅𝑎 006Ω Quando esse motor é conectado a uma fonte de 240V ele drena 90A da fonte de alimentação e possui rotação de 1200rpm a Determine o torque desenvolvido pelo motor nesse ponto de operação b Se o torque desenvolvido for 280Nm para a mesma excitação e mesma tensão de alimentação então determine a velocidade e a corrente de armadura do motor 𝐾𝜙 1867 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐾𝜙𝐼𝐴 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐾𝜙𝐼𝐴 1867 90 16803 Nm a Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 32 Um motor CC com excitação independente possui resistência de armadura igual a 𝑅𝑎 006Ω Quando esse motor é conectado a uma fonte de 240V ele drena 90A da fonte de alimentação e possui rotação de 1200rpm a Determine o torque desenvolvido pelo motor nesse ponto de operação b Se o torque desenvolvido for 280Nm para a mesma excitação e mesma tensão de alimentação então determine a velocidade e a corrente de armadura do motor 𝐾𝜙 1867 𝜏𝑖𝑛𝑑 280 Nm 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐾𝜙𝐼𝐴 𝐼𝐴 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐾𝜙 280 1867 150 𝐴 b Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 33 Um motor CC com excitação independente possui resistência de armadura igual a 𝑅𝑎 006Ω Quando esse motor é conectado a uma fonte de 240V ele drena 90A da fonte de alimentação e possui rotação de 1200rpm a Determine o torque desenvolvido pelo motor nesse ponto de operação b Se o torque desenvolvido for 280Nm para a mesma excitação e mesma tensão de alimentação então determine a velocidade e a corrente de armadura do motor 𝐾𝜙 1867 𝐼𝐴 150 𝐴 𝐸𝐴 𝑉𝑇 𝑅𝐴𝐼𝐴 240 006 150 231 𝑉 b Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 34 Um motor CC com excitação independente possui resistência de armadura igual a 𝑅𝑎 006Ω Quando esse motor é conectado a uma fonte de 240V ele drena 90A da fonte de alimentação e possui rotação de 1200rpm a Determine o torque desenvolvido pelo motor nesse ponto de operação b Se o torque desenvolvido for 280Nm para a mesma excitação e mesma tensão de alimentação então determine a velocidade e a corrente de armadura do motor 𝐸𝐴 𝐾𝜙𝜔𝑚 𝜔𝑚 𝐸𝐴 𝐾𝜙 231 1867 12372 rads 𝑛𝑚 𝜔𝑚 60 2𝜋 12372 60 2𝜋 11815 rpm b Motor CC série CVEE6 Conversão de Energia I 39 Enrolamentos de campo poucas espiras conectadas em série com o circuito de armadura Em um motor série a corrente de armadura a corrente de campo e a corrente de linha são iguais Conjugado proporcional ao quadrado de 𝐼𝐴 mais conjugado por Ampère Aplicações que requerem conjugados elevados motores de arranque elevadores locomotivas Curva conjugado x velocidade CVEE6 Conversão de Energia I 40 Curva conjugado x velocidade CVEE6 Conversão de Energia I 41 Curva conjugado x velocidade CVEE6 Conversão de Energia I 42 Curva conjugado x velocidade CVEE6 Conversão de Energia I 43 Conjugado muito baixo velocidade tende ao infinito Nunca deixar um motor CC série completamente sem carga Nunca acoplar a carga mecânica por meio de uma correia ou outro mecanismo que possa se romper Controle de velocidade de motores CC série CVEE6 Conversão de Energia I 44 Variação da tensão de terminal Aumento da tensão terminal resulta no aumento da velocidade para qualquer valor de conjugado Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 45 A Figura mostra um motor CC série de 250 V com enrolamentos de compensação e uma resistência em série total 𝑅𝐴 𝑅𝑆 008 Ω O campo em série consiste em 25 espiras por polo com a curva de magnetização mostrada Encontre a velocidade e o conjugado induzido desse motor quando sua corrente de armadura é 50 A Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 46 𝑉𝑇 250𝑉 𝑅𝐴 𝑅𝑆 008 Ω 𝐸𝐴 𝑉𝑇 𝐼𝐴𝑅𝐴 𝑅𝑆 𝐸𝐴 250 50 008 𝐸𝐴 246 𝑉 Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 47 𝑉𝑇 250𝑉 𝑅𝐴 𝑅𝑆 008 Ω 𝐸𝐴 80 𝑉 𝐾𝜙 𝐸𝐴 𝑛𝑚 80 1200 1 15 𝐹𝑀𝑀 25 50 1250 Ae Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 48 𝐸𝐴 80 𝑉 𝐸𝐴 𝐾𝜙𝑛𝑚 Para uma dada corrente de excitação 𝐾𝜙 é constante 𝑛𝑚 𝐸𝐴 𝐾𝜙 246 1 15 3690 rpm Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 49 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐾 60 2𝜋 𝜙𝐼𝐴 1 15 50 3183 Nm O torque induzido pode ser calculado por 𝐸𝐴𝐼𝐴 𝜏𝑖𝑛𝑑𝜔𝑚 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐸𝐴𝐼𝐴 𝜔𝑚 𝜏𝑖𝑛𝑑 𝐸𝐴𝐼𝐴 𝑛𝑚 2𝜋 60 𝜏𝑖𝑛𝑑 246 50 3690 2𝜋 60 𝜏𝑖𝑛𝑑 3183 Nm Motor CC composto CVEE6 Conversão de Energia I 50 Possuem ambos os campos em derivação e em série Combina características de ambas topologias A corrente no campo série é função da corrente de carga da armadura Regulação de velocidade CVEE6 Conversão de Energia I 51 Medida da forma da curva característica do conjugado X velocidade do motor Utilizada para comparação entre motores CC Definida por Regulação de velocidade positiva velocidade do motor cai com o aumento de carga Regulação de velocidade negativa velocidade do motor sobe com o aumento de carga O valor da regulação de velocidade indica aproximadamente quão acentuada é a inclinação da curva de conjugado versus velocidade Regulação de velocidade Comparativo CVEE6 Conversão de Energia I 52 Controle de velocidade de motores CC CVEE6 Conversão de Energia I 53 Controle de velocidade de um motor CC de excitação independente em derivação ou composto Alteração da resistência de campo Alteração da tensão de armadura Alteração da resistência de armadura Controle por tensão de armadura geralmente mais útil porque permite amplas variações de velocidade sem afetar o conjugado máximo do motor Sistema WardLeonard CVEE6 Conversão de Energia I 54 A tensão de armadura do motor pode ser controlada variando a corrente de campo do gerador CC A variação da tensão de armadura permite que a velocidade do motor seja variada suavemente entre um valor muito pequeno e a velocidade nominal A velocidade do motor pode ser ajustada para valores acima da velocidade base reduzindo a corrente de campo do motor Sistema WardLeonard CVEE6 Conversão de Energia I 55 A inversão da corrente de campo do gerador inverte a polaridade da tensão de armadura do gerador Possibilidade de variação de velocidade em ambos os sentidos de rotação Desvantagem devido ao número de máquinas utilizadas alto custo baixa eficiência Substituído por circuitos controladores baseados em tiristores Controlador de estado sólido CVEE6 Conversão de Energia I 56 Controlador de estado sólido CVEE6 Conversão de Energia I 57 Classificação dos geradores CC CVEE6 Conversão de Energia I 60 Os geradores CC são máquinas CC usadas como geradores Não há nenhuma diferença real entre um gerador e um motor exceto pelo sentido do fluxo de potência Classificação Excitação independente fluxo de campo obtido de uma fonte de potência separada do próprio gerador Derivação shunt fluxo de campo obtido pela ligação do circuito de campo diretamente aos terminais do gerador Série fluxo de campo obtido ligando o circuito de campo em série com a armadura do gerador Composto cumulativo presença de ambos os campos em derivação e em série efeitos aditivos Composto diferencial presença de ambos os campos em derivação e em série efeitos são subtrativos Classificação dos geradores CC CVEE6 Conversão de Energia I 61 Os geradores são acionados por uma fonte de potência mecânica turbina a vapor motor diesel motor elétrico etc A velocidade da máquina motriz afeta a tensão de saída de um gerador As máquinas motrizes podem variar largamente em suas características de velocidade A comparação entre os geradores CC geralmente é realizada por meio da regulação de tensão Os geradores CC são raros nos sistemas modernos de potência geradores CA mais retificadores Circuito equivalente CVEE6 Conversão de Energia I 62 Regulação de tensão RT CVEE6 Conversão de Energia I 63 Os geradores CC são comparados entre si por suas tensões potências nominais eficiências e regulações de tensão Medida da característica de tensão versus corrente do gerador RT positiva característica descendente RT negativa característica ascendente 𝑉𝑉𝑍 tensão de terminal sem carga a vazio do gerador 𝑉𝑝𝑐 tensão de terminal a plena carga do gerador Gerador CC de excitação independente CVEE6 Conversão de Energia I 64 Característica de terminal do gerador CC independente CVEE6 Conversão de Energia I 65 Tensão gerada interna é independente de 𝐼𝐴 A característica de terminal do gerador de excitação independente é uma linha reta Para geradores sem enrolamentos de compensação um aumento em 𝐼𝐴 causa elevação da reação de armadura enfraquecimento de fluxo e consequentemente redução de 𝐸𝐴 Controle da tensão terminal do gerador CC independente CVEE6 Conversão de Energia I 66 Alterar a velocidade de rotação aumento de EA e consequentemente de VT EA RAIA Alterar a corrente de campo redução de 𝑅𝐹 aumento de 𝐼𝐹 aumento de 𝜙 aumento de 𝐸𝐴 e consequentemente aumento de 𝑉𝑇 𝐸𝐴 𝑅𝐴𝐼𝐴 Geralmente a faixa de operação de velocidade das máquinas reais é limitada portanto o controle de 𝐼𝐹 é mais usual Controle da tensão terminal do gerador CC independente CVEE6 Conversão de Energia I 67 Efeito da diminuição na resistência de campo sobre a tensão de saída do gerador Geradores CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 68 Também conhecido como gerador CC auto excitado Vantagem de não precisar de uma fonte de alimentação externa para o circuito de campo Como é obtido o fluxo inicial de campo necessário para a partida Geradores CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 69 Como é obtido o fluxo inicial de campo necessário para a partida Presença de um fluxo residual nos polos do gerador Quando o gerador começa a girar uma tensão interna será induzida 1 a 2V Geradores CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 70 Geração inicial de tensão ou escorvamento O efeito de saturação magnética impede o crescimento contínuo da tensão de terminal do gerador Geradores CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 71 Condições para garantir a partida Existência do magnetismo residual no gerador O magnetismo residual deve estar na mesma direção do fluxo gerado pelo circuito de campo Resistência de campo menor que o valor crítico E se a máquina perder o magnetismo residual solução ligar a máquina em excitação independente Característica de terminal de um gerador CC em derivação shunt CVEE6 Conversão de Energia I 72 Com o aumento de carga 𝐼𝐿 aumenta 𝐼𝐴 aumenta 𝑅𝐴𝐼𝐴 aumenta 𝑉𝑇 diminui 𝜙 diminui 𝐸𝐴 diminui 𝑉𝑇 diminui Queda de tensão é mais acentuada do que simplesmente a queda 𝑅𝐴𝐼𝐴 do gerador de excitação independente Pior regulação de tensão quando comparada à ligação independente Controle de tensão de um gerador CC em derivação CVEE6 Conversão de Energia I 73 Como no gerador de excitação independente há dois modos para controlar a tensão de um gerador CC em derivação Alterar a velocidade do gerador Alterar a corrente de campo do gerador Mais utilizado variação da resistência de campo Com a redução de 𝑅𝐹 𝐼𝐹 aumenta 𝜙 aumenta 𝐸𝐴 aumenta 𝑉𝑇 aumenta Controle de tensão de um gerador CC em derivação CVEE6 Conversão de Energia I 74 Gerador CC série CVEE6 Conversão de Energia I 75 Enrolamento de campo está ligado em série com sua armadura Enrolamento de campo possui poucas espiras de fio grosso Força magnetomotriz é proporcional ao número de espiras e à corrente de campo A corrente de plena carga circula pelo campo resistência do enrolamento de campo deve ser a menor possível Característica de terminal de um gerador CC série CVEE6 Conversão de Energia I 76 A vazio não há corrente de campo 𝑉𝑇 muito baixo dependente do fluxo residual Com o aumento da corrente de carga aumentase 𝐼𝐹 e consequentemente 𝐸𝐴 e 𝑉𝑇 Inicialmente o aumento de 𝐸𝐴 é maior que a queda 𝑅𝐴 𝑅𝑆 𝐼𝐴 Após um tempo a queda 𝑅𝐴 𝑅𝑆 𝐼𝐴 passa a ser o efeito predominante e 𝑉𝑇 começa a cair saturação de 𝐸𝐴 Regulação de tensão ruim poucas aplicações Característica de terminal de um gerador CC série CVEE6 Conversão de Energia I 77 Aplicação comum soldagem a arco elétrico Gerador CC composto cumulativo CVEE6 Conversão de Energia I 78 Possui ambos enrolamentos de campo em série e em derivação conectados de tal forma que as forças magnetomotrizes dos dois adicionam se Composto cumulativo derivação longa e derivação curta A força magnetomotriz resultante depende da polaridade dos enrolamentos Derivação curta Derivação longa Característica terminal de um gerador CC composto cumulativo CVEE6 Conversão de Energia I 79 O aumento da corrente de carga 𝐼𝐿 ocasiona o aumento da queda de tensão 𝑅𝐴 𝑅𝑠 𝐼𝐴 e redução de 𝑉𝑇 O aumento de 𝐼𝐿 ocasiona aumento de 𝐼𝐹 e consequentemente aumento de 𝑉𝑇 Dois efeitos que se opõem O resultado dependerá do número de espiras do enrolamento série Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 80 𝑛𝑚 1800 rpm Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 82 𝑛𝑚 1800 rpm 𝑅𝑎𝑗 0 𝐼𝐹 120 20 6 𝐴 𝐸𝐴 136 𝑉 𝑅𝑎𝑗 40 Ω 𝐼𝐹 120 60 2 𝐴 𝐸𝐴 80 𝑉 A faixa de ajustes para o gerador operando a vazio será 80 a 136 V Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 83 𝑛𝑚 1800 rpm Tensão máxima velocidade máxima e menor resistência de campo Tensão mínima velocidade mínima e maior resistência de campo Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 84 𝑛𝑚 1800 rpm Tensão máxima 𝑅𝑎𝑗 0 𝑛𝑚 2000 rpm Para a mesma corrente de campo 𝐼𝐹 6𝐴 𝐾𝜙0 𝐾𝜙 𝐸𝐴0 𝑛𝑚0 𝐸𝐴 𝑛𝑚 136 1800 𝐸𝐴 2000 𝐸𝐴 1511 𝑉 Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 85 𝑛𝑚 1800 rpm Tensão mínima 𝑅𝑒𝑞 50Ω 𝑛𝑚 1500 rpm 𝐼𝐹0 120 50 24 𝐴 𝐸𝐴0 95 𝑉 𝐸𝐴0 𝑛𝑚0 𝐸𝐴 𝑛𝑚 95 1800 𝐸𝐴 1500 𝐸𝐴 7917 𝑉 Exemplo CVEE6 Conversão de Energia I 86 𝑛𝑚 1800 rpm 𝐸𝐴 𝑉𝑇 𝑅𝐴𝐼𝐴 106 018 50 115 𝑉 𝐾𝜙 𝐸𝐴 𝑛𝑚 𝐾𝜙 115 1700 𝑉𝑟𝑝𝑚 Considerando 𝐾𝜙 iguais 𝐸𝐴0 𝐾𝜙𝑛𝑚0 115 1700 1800 12176 𝑉 𝐼𝐹 4 𝐴 Bibliografia CVEE6 Conversão de Energia I 92 BIM E Máquinas Elétricas e Acionamento 3 ed Rio de Janeiro Elsevier 2014 CHAPMAN S J Fundamentos de Máquinas Elétricas 5 ed São Paulo McGrawHill 2013 FITZGERALD A E KINGSLEY C UMANS S D Máquinas Elétricas 7 ed Porto Alegre Bookman 2014 KOSOW I L Máquinas elétricas e transformadores 14 ed São Paulo Globo 2000 Conversão de Energia I CVEE6 Obrigado Prof Elian João Agnoletto agnolettoelianifspedubr CVEE6 Conversão de Energia I 93