dc motors and generators
TRANSCRIPT
APLICAÇÕES ATUAIS
Indústria Carros Aeronaves Metrôs Trens
TIPOS
Excitação Separada Derivação Imã Permanente Motor Série Motor Composto
2
T A A A
indT A
T Aind
V E I R
V K RK
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 quandoa corrente de entrada é 200 A.
c. A velocidade do motor quandoa corrente de entrada é 300 A.
d. Plote a característicatorque-velocidade deste motor.
190, 1173388, 1144 587, 1115
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 200 400 600 800
Ro
taçã
o [
rpm
]
Torque Induzido [Nm]
net ARF FN I
* ARF F
F
I IN
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
Te
nsã
o d
a A
rma
du
ra,
EA
(V
)
Corrente de Campo, IF (A)
Curva de Magnetização Típica 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 quandoa corrente de entrada é 200 A.
b. Este motor é na sua essênciaidêntico ao do Ex 9.1, excetopela ausência dos enrolamentos de compensação. Compare avelocidade deste motor coma do Ex 9.1 com a corrente de200 A.
c. Plote a característicatorque-corrente deste motor.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
50
100
150
200
250
300 Curva de Magnetização Típica de um Motor CC 250 hp a 1200 rpm
Corrente de Campo, IF (A)
Tensão d
e A
rmadura
, E
A (
V)
0 100 200 300 400 500 6001100
1120
1140
1160
1180
1200
1220
1240
1260
1280
1300Característica Velocidade versus Torque
ind (N-m)
nin
d (
rpm
)
1. O Aumento 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) aumenta7. O aumento de aumenta EA
8. Aumentando EA cai IA
9. Caindo IA cai ind até ind= load em uma maior
T AA
A
V EI
R
TF
F
VI
R
AE K
ind AK I
AE K
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 10 20 30 40 50 60
To
rqu
e
Rotação
w1
w2
w3
w4
Corrigir
1. O Aumento 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 AA
A
V EI
R
ind AK I
AE K
A AA
A
V EI
R
Adicionando Resistências à
Armadura
Tem-se um motor shunt de 100 hp, 250 V, 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
Te
nsã
o d
a A
rma
du
ra, E
A(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
250126 120 A
41,67A L FI I I
1 1
250 120 0,03 246,4 VA T A A
E V I R
2
2505 A
50T
F
F
VI
R
2
1
2 2 2 2 12 1
1 1 1 1 2
1A
A
E Kn n
E K
12
2
2681,076 1,076 1103 1187 rpm
250n Tensão de armadura
proporcionala corrente de campo
40 45 50 55 60 65 700
200
400
600
800
1000
1200
1400Velocidade vs. Resistência de Campo
Resistência de Campo ( )
Ro
tação
(rp
m)
O motor do Ex. 9.3 é agora conectado com excitação separada. O motor inicialmente está rodando com VA = 250 V, 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 200 V?
VANTAGENS
Não requerem um circuito de campo externo
Não ter perdas no enrolamento de campo
Tamanho Custo
DESVANTAGENS
Fluxo de campo pequeno Menor ind por Ampère Correm o risco de
desmagnetização
ind AK I
Ac I
2
ind AK c I Maior torque por Ampère de armadura!
O motor CC série mostrado é de 250 V 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 7000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000Velocidade 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
NI I I
N N
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0 25 50 75 100 125 150 175 200
To
rqu
e
Rotação
f1
f2
f3
f4
f5
f6
1
2
3
4
5
6
Um motor CC composto, de 100 hp, 250 V 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. A Vazio, 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 Campo2. Tensão de Armadura3. Resistência de Armadura
Controle e Proteções
Curto Circuitos
Sobrecarga
Excessivas Correntes de Partida
Forma Conveniente de Variar a Velocidade
A figura anterior mostra um motor CC shunt 100 hp, 250 V, 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
TV
K
TV
K
Proteção
Excessivas correntes de armadura
Subtensões
Perdas de corrente de campo
Energização Força (Tiristores para Retificação) Circuito de Comando (Gatilho dos Tiristores)
Cobre Escovas Mecânicas Ferro Adicionais
Um motor CC shunt de 50 hp, 250 V, 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 10,2 V (excluindo as escovas) produz uma corrente de 170 A. A queda de tensão nas escovas é de 2 V. Sem carga com uma tensão terminal de 240 V, 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 velocidadeSe aumenta, então aumenta, logo aumenta também
Variando a Corrente de CampoSe é diminuído, então aumenta, então aumenta, aumentando
AE K
T A A AV E I R
FR T
FF
VI
R
AE K
T A A AV E I R
Principal Método
net ARF FN I
* ARF F
F
I IN
2
1
2
1
A
A
E n
E n
Um gerador cc de excitação separada tem dados nominais 172 kW, 430 V, 400 A e 1800 rpm. Sua curvade 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 a VelocidadeSe aumenta, então aumenta, logo aumenta também
Variando a Corrente de CampoSe é diminuido, então aumenta, então aumenta, aumentando
AE K
T A A AV E I R
FR T
FF
VI
R
AE K
T A A AV 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 AI R R
T A A S AV E I R R
SE SE AN I
tot F SEF AN I N I
T A A S AV E I R R
AE K
Ocorre uma compensação!
Supercomposto
Composto Plano
Subcomposto
Paralelo
Variando a velocidadeSe aumenta, então aumenta, logo aumenta também
Variando a Corrente de CampoSe é diminuído, então aumenta, então aumenta, aumentando
AE K
T A A AV E I R
FR T
FF
VI
R
AE K
T A A AV E I R
SE AReq
*
eq
A
F F
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NI I
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A
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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 SV E I R RA A S
I R R
SE SE AN I
tot SEF F AN I N I
