Dc machinary fundamentals

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Dc machinary fundamentals

  1. 1. Fundamentos das Máquinas de Corrente Contínua Uma simples espira girando entre faces de pólos curvos
  2. 2. Regra da Mão Direita F q v B  
  3. 3. Regra da Mão Direita
  4. 4. Espira Rotativa Entre dois Pólos Curvos movimento Mão Esquerda MOTOR primeiro vetor = campo movimento primeiro vetor = campo segundo vetor = corrente segundo vetor = corrente Mão Direita GERADOR e v B l  F i l B  
  5. 5. Linhas de Campo e Vista Superior e v B l  
  6. 6. Equações de Tensão Induzida (gerador) F i l B  
  7. 7. Tensão da Espira e Tensão Induzida
  8. 8. Tensão da Espira e Tensão Induzida
  9. 9. Obtendo uma Tensão CC da Espira Rotativa e v B l   dc e v B l 0ad e 0cb e ba e v B l
  10. 10. Tensão na Carga com Comutação
  11. 11. Torque Induzido em uma Espira Rotativa 0,5 m 0,3 120 V 1,0 m 0,25 T B r R V l B F i l B   dc F i l B  0ad F  0cb F  ba F i l B 
  12. 12. Ex 8-1 – Chapman 2005 A Figura mostra uma espira girando entre as faces de dois pólos curvos conectada a uma bateria e um resistor através de uma chave. O resistor mostrado modela a resistência da bateria e dos condutores da máquina. As dimensões físicas e características desta máquina são: a. O que acontece quando a chave é fechada? b. Qual é a corrente máxima de partida da máquina? Qual a sua velocidade sem carga? c. Suponha que uma carga seja adicionada na espira e que o torque desta carga seja 10 N-m. Qual a nova velocidade de estado estacionário? Qual a potência fornecida ao eixo desta máquina? Quanta potência está sendo fornecida pela bateria? Esta máquina é um motor ou um gerador? d. Tudo de novo com 7,5 Nm no mesmo sentido do movimento da máquina. e. Suponha agora que a máquina seja descarregada. Qual a velocidade de estado estacionário se a densidade de fluxo é reduzida para 0,20 T? r = 0,5 m L=1,0 m R = 0,3 B=0,25 T VB = 120 V
  13. 13. Fundamentos das Máquinas de Corrente Contínua Comutação em uma máquina simples de 4 espiras
  14. 14. = 0o e v B l  
  15. 15. = 45o e v B l  
  16. 16. = 90o e v B l  
  17. 17. Diagrama dos Enrolamentos
  18. 18. Tensão Gerada 4 bobinas
  19. 19. Colocação das Bobinas do Rotor
  20. 20. Armaduras reais
  21. 21. Fundamentos das Máquinas de Corrente Contínua Comutação e construção da armadura em máquinas cc reais
  22. 22. Enrolamento Progressivo e Retrógrado Inversão na rotação
  23. 23. Enrolamento Imbricado e Ondulado
  24. 24. Enrolamento Imbricado e Ondulado
  25. 25. Imbricado Simples e de Dupla Camada
  26. 26. Imbricado, simples, 2 pólos, progressivo
  27. 27. Imbricado, 4 pólos, progressivo a m P
  28. 28. Imbricado, 4 pólos, progressivo [cont.]
  29. 29. Desgaste dos Rolamentos
  30. 30. Simulação 0V V17 2.1Vdc 101.3A V14 2.1Vdc 101.3A R14 1m 101.3A V24 2.1Vdc 101.3A R27 1f 194.5A R20 1m 101.3A R26 1f 197.2A R15 1m 101.3A R9 1m 98.67A R5 1m 98.67A V10 1.9Vdc 98.67A R22 1m 101.3A V12 1.9Vdc 98.67A R17 1m 101.3A V7 1.9Vdc 98.67A R10 1m 98.67A 0 7.995V V21 2.1Vdc 101.3A R1 1m 98.67A V16 2.1Vdc 101.3A V4 1.9Vdc 98.67A R25 1 7.995AV19 2.1Vdc 101.3A V11 1.9Vdc 98.67A V23 2.1Vdc 101.3A V1 1.9Vdc 98.67A R16 1m 101.3A 7.995V V22 2.1Vdc 101.3A V5 1.9Vdc 98.67A R8 1m 98.67A R6 1m 98.67A R12 1m 98.67A R2 1m 98.67A 0V V3 1.9Vdc 98.67A V20 2.1Vdc 101.3A V6 1.9Vdc 98.67A R13 1m 101.3A R3 1m 98.67A R23 1m 101.3A R19 1m 101.3A V8 1.9Vdc 98.67A 7.995V R7 1m 98.67A V18 2.1Vdc 101.3A R21 1m 101.3A 7.995V R28 1f 8.882A V2 1.9Vdc 98.67A R11 1m 98.67A 0V V15 2.1Vdc 101.3A V9 1.9Vdc 98.67A V13 2.1Vdc 101.3A R4 1m 98.67A R24 1m 101.3A R18 1m 101.3A
  31. 31. Barras de Equalização
  32. 32. Enrolamento Ondulado, 4 Pólos 2a m
  33. 33. Enrolamento Ondulado, 4 Pólos, Enrolamento Progressivo [cont.] 2 1 C C y P
  34. 34. Ex 2-1 – Kosow 2005 a. Uma armadura com um enrolamento tríplex é usada numa máquina com 14 pólos e 14 conjuntos de escovas, cada uma abraçando três barras do comutador. Calcule o número de caminhos na armadura (42 caminhos). b. Repita a parte (a) para um enrolamento ondulado tríplex, tendo dois conjuntos de escovas e 14 pólos (6 caminhos). a m P 2a m
  35. 35. Fundamentos das Máquinas de Corrente Contínua Problemas de comutação em máquinas CC reais
  36. 36. Problemas na Comutação  Reação de Armadura  Tensão de Reatância
  37. 37. Problemas na Comutacao (Reacao de Armadura)
  38. 38. Problemas na Comutação (Reação de Armadura)  Faíscas nas escovas e entre segmentos dos comutadores  Enfraquecimento do fluxo gerador  subtensão motor  sobrevelocidade
  39. 39. Problemas na Comutação (Reação de Armadura)
  40. 40. Problemas na Comutação (Reação de Armadura)
  41. 41. Tensão de Reatância  800 rpm  50 segmentos  0,0015 s  667 segmentos/s 400 A kA266,66 s0,0015 s di dt
  42. 42. Tensão de Reatância
  43. 43. Tensão de Reatância
  44. 44. Tensão de Reatância
  45. 45. Problemas na Comutação (L di/dt)
  46. 46. Soluções!  Deslocamento das Escovas  Deslocamento do Plano Neutro depende da carga  Aumenta (ainda mais) o Enfraquecimento do Fluxo  Usada até 1910  Interpólos  São colocados diretamente sobre os condutores a serem comutados  A Reação de armadura não é afetada  Enrolamentos de Compensação
  47. 47. Deslocamento das Escovas
  48. 48. Interpólos
  49. 49. Qual a Polaridade que os Interpólos devem ter?
  50. 50. Enrolamentos de Compensação
  51. 51. Enrolamentos de Compensação
  52. 52. Fundamentos das Máquinas de Corrente Contínua Equações de tensão e torque induzidos em máquinas CC reais
  53. 53. Tensão Gerada em Máquinas CC Reais ind A A e v B l Z v B l E a Z r B l E a 2 2 2 P P P B A r l A P B r l r l B B A P P   2 2A K Z r B l Z r l B E K a a P P
  54. 54. Torque Induzido em Máquinas CC Reais A cond A cond A ind I I a I r l B a Z r l B I a 2 2 2 P ind A A B r l r l B B A P P Z P I K I a
  55. 55. Ex 8-3 – Chapman 2005 Uma armadura imbricada duplex é usada em uma máquina CC de 6 pólos, com seis conjuntos de escovas, cada uma deslizado sobre dois segmentos de comutador. Há 72 bobinas na armadura, cada uma contendo 12 espiras. O fluxo por pólo na máquina é de 0,039 Wb, a máquina rotaciona a 400 rpm. a. Quantos caminhos de corrente existem nesta máquina? (12 caminhos) b. Qual a tensão induzida na armadura? (224,6 V)
  56. 56. Ex 8-4 – Chapman 2005 Um gerador CC de 12 polos tem enrolamento de armadura simplex ondulado contendo 144 bobinas de 10 espiras cada. A resistência de cada espira é 0,011 . Seu fluxo por pólo é de 0,05 Wb e sua rotação de 200 rpm. a. Quantos caminhos de corrente existem nesta máquina? b. Qual a tensão induzida na armadura? c. Qual a resistência de armadura efetiva? d. Se um resistor de 1 k for conectado aos terminais deste gerador, qual o contra- torque induzido no eixo desta máquina?
  57. 57. Fundamentos das Máquinas de Corrente Contínua Construção das máquinas CC reais
  58. 58. Construção de uma Máquina CC
  59. 59. 4000 hp, 700 V, 18 pólos, com Interpólos e Enrolamentos de Compensação
  60. 60. Motor menor, 4 pólos, com Interpólos
  61. 61. Pólo de uma Máquina CC
  62. 62. Pontas dos Pólos Chanfro ou excêntrico para reduzir o efeito da reação de armadura
  63. 63. Rotor de uma Grande Máquina CC
  64. 64. Detalhe do conjunto de Escovas
  65. 65. Fundamentos das Máquinas de Corrente Contínua Fluxo de potência e perdas em máquinas CC
  66. 66. Classes de Isolamento 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 A E B F H 40 40 40 40 40 60 75 80 105 1255 5 10 10 15 TemperaturaAdmissível Classe de Isolamento Diferençaentre o ponto mais qunte e a temperatura média Elevação de Temperatura Temperatura Ambiente
  67. 67. Perdas em Máquinas CC in app P in T L P V I out T L P V I out app P A A ind m E I ind m A A E I

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