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Princípios das máquinas elétricas de corrente contínua
- 1. Luis Pestana Luis Pestana Máquinas Eléctricas I Generalidades
- 2. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Índice • Generalidades • Gerador de corrente contínua – Principio de funcionamento – Fem gerada – Melhoria de forma de onda – Reacção do induzido – Comutação – Formas de excitação • Exc. Separada, Shunt, Série, Compound • Curvas Caracteristicas • aplicações • Motor de corrente continua – Equações de funcionamento • Motor Shunt • Motor Série • Motor compound • Arranque e Frenagem • Controlo de velocidade
- 3. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas DEFINIÇÕES ESSENCIAIS • Regime: conjunto de características eléctricas e mecânicas que identificam o funcionamento de uma máquina rotativa em determinado instante. • Regime nominal: conjunto de condições de funcionamento para as quais a máquina foi construída; – compreende a tensão, a potência útil, a classe de serviço em que irá trabalhar, a intensidade de corrente admissível, o factor de potência, a velocidade, etc. • Valor nominal de uma grandeza: valor numérico da grandeza quando em “Regime Nominal”.
- 4. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas DEFINIÇÕES ESSENCIAIS • Potência nominal: é a potência que a máquina pode desenvolver, quando as restantes condições são as nominais, sem que os diversos órgãos ultrapassem os correspondentes limites de temperatura. • Velocidade nominal: é a velocidade (r.p.m.) do motor à potência nominal, sob tensão e frequência nominais. • Serviço Nominal: conjunto de valores numéricos dos geradores e motores eléctricos, numa ordem de sucessão no tempo, atribuídos à máquina na placa de características e que cumprem com as condições especificadas. A duração pode ser indicada como um termo de classificação.
- 5. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas DEFINIÇÕES ESSENCIAIS • Potência absorvida: A que é entregue ao eixo nos geradores, aos bornes nos motores e aos bornes primários nos transformadores. • Potência útil: A disponível nos bornes dos geradores, ou no eixo dos motores ou nos bornes secundários dos transformadores. • Rendimento: relação entre a potencia útil e a potência absorvida. η = = bsorvida potência a til potência ú Rendimento
- 6. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas REGIMES DE SERVI REGIMES DE SERVIÇ ÇO MAIS IMPORTANTES: O MAIS IMPORTANTES: Regime S1: Regime contínuo tn Carga Perdas Elétricas Temperatura Tempo θ θ θ θ máx CARACTERÍSTICAS EM SERVIÇO
- 7. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas REGIMES DE SERVI REGIMES DE SERVIÇ ÇO MAIS IMPORTANTES: O MAIS IMPORTANTES: Regime S2: Funcionamento a carga constante durante um período inferior ao tempo necessário para atingir o equilíbrio térmico. tn Tempo θ θ θ θ máx Carga Perdas Elétricas Temperatura S2 60 min S2 30 min CARACTERÍSTICAS EM SERVIÇO
- 8. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas REGIMES DE SERVI REGIMES DE SERVIÇ ÇO MAIS IMPORTANTES: O MAIS IMPORTANTES: Regime S3: Sequência de ciclos idênticos, sendo um período a carga constante e um período de repouso. O ciclo é tal que a corrente de arranque não altera significativamente a elevação de temperatura. S3 25% DC S3 40% DC Carga Perdas Elétricas Temperatura θ θ θ θ máx Tempo tn tr Duração do ciclo - DC CARACTERÍSTICAS EM SERVIÇO
- 9. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas REGIMES DE SERVI REGIMES DE SERVIÇ ÇO MAIS IMPORTANTES: O MAIS IMPORTANTES: Regime S4: Sequência de ciclos idênticos, sendo um período de arranque, um período com carga constante e um período de repouso. O calor gerado no arranque é suficientemente grande para afectar o ciclo seguinte. S4 40% DC Carga Perdas Elétricas Temperatura Tempo Duração do ciclo θ θ θ θ máx td tn tr CARACTERÍSTICAS EM SERVIÇO
- 10. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas POTÊNCIA EQUIVALENTE PARA CARGAS DE POTÊNCIA EQUIVALENTE PARA CARGAS DE “ “ PEQUENA IN PEQUENA INÉ ÉRCIA RCIA “ “: : P1 P2 P3 P4 Pn t1 t2 t3 t4 tn t (s) P (cv) n 1 n 2 n 1 2 1 t ...... . .. t t . P ......... t . P Peq + + + + + + + + + + + + + + + + = = = = CARACTERÍSTICAS EM SERVIÇO
- 11. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas CHAPA DE CARACTERÍSTICAS
- 12. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas COMPONENTES DE UM ACCIONAMENTO • Alimentação eléctrica • Protecção/ Comando eléctrico • Motor • Acoplamento mecânico • Mecanismo impulsionado Energia mecânica sob a forma de movimento rotativo, caracterizado por binário e velocidade Energia eléctrica sob a forma de tensão e corrente
- 13. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas RENDIMENTO η = = bsorvida potência a til potência ú Rendimento Bomba hidráulica accionada por motor eléctrico 100 p P p 100 P p P 100 P P u a a a u x 1 x x + − = − = = η • = rendimento expresso em Percentagem (%) • Pa = potencia absorvida (eléctrica) em Watt (W) • Pu = potencia útil (mecânica) em Watt (W) • P = potencia de perdas, em Watt (W)
- 14. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas BINÁRIO, POTÊNCIA E ENERGIA [W] = = = = = = = = • • • • t d F Tempo Trabalho P J] kWh, [Wh, t P E • • • • = = = = TRABALHO e TRABALHO e POTÊNCIA: POTÊNCIA: T = F . b T = F . b = Força x “braço” [ Nm ] BIN BINÁ ÁRIO, RIO, “ “Torque Torque” ”, , “ “Par Par” ” ( (Couple Couple), ), “ “Conjugado Conjugado” ” ou MOMENTO de 1 for ou MOMENTO de 1 forç ça: a:
- 15. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Temperaturas máximas admissíveis CLASSES DE ISOLAMENTO • A utilização de isolantes de classe F em máquinas de classe B dá uma margem térmica de 25ºC, permitindo operar : – em sobrecarga por curtos períodos de tempo, – a temperaturas ou altitudes superiores – com uma maior tolerância ao nível da tensão e frequência – Permite também aumentar a vida útil do isolamento • Uma redução de 10ºC permitirá duplicar a vida útil do isolante classe F : 155 °C classe B : 130 °C classe H : 180 °C
- 16. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas COMPOSI COMPOSIÇ ÇÃO DA TEMPERATURA EM FUN ÃO DA TEMPERATURA EM FUNÇ ÇÃO DA CLASSE DE ISOLAMENTO: ÃO DA CLASSE DE ISOLAMENTO: Temperatura Ambiente ºC 40 40 40 40 40 ∆ ∆ ∆ ∆T = Elevação de Temperatura K 60 75 80 105 125 ( método da resistência ) Diferença entre o ponto mais ºC 5 5 10 10 15 quente e a temperatura média Total: Temperatura do ponto ºC 105 120 130 155 180 mais quente Classe de Isolamento Classe de Isolamento - - A A E E B B F F H H CLASSES DE ISOLAMENTO
- 17. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas FACTORES DE CORRECÇÃO • Os motores são projectados para operar a uma Temperatura Ambiente máxima de 40ºC e uma altitude de 1000 m acima do nível médio das águas do mar. – Se o motor operar a temperaturas superiores, deve ser desclassificado (“derated”) de acordo com a tabela acima. – Quando um motor é desclassificado, os correspondentes valores de catálogo, tais como In, Ia/In, etc., tem de ser recalculados e colocados na chapa de carcteristicas
- 18. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas VIDA ÚTIL (Tempo de Vida) • O tempo de vida dos equipamentos eléctricos – é limitado pela temperatura do isolamento • maior a temperatura => menor Tv. – diminui para metade por cada aumento de 10ºC na temperatura. • Ex: um motor terá um Tv de 8 anos a uma temp. de 105ºC, 4 anos a 115ºC, 2 anos a 125ºC, 1 ano a 135ºC!!!! •Factores que contribuem para o “envelhecimento” dos isolantes: – calor, tempo, químicos, poeiras, etc.
- 19. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas CÓDIGOS DE REFRIGERAÇÃO (MOTORES)
- 20. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas FORMAS CONSTRUTIVAS NORMALIZADAS – MONTAGEM HORIZONTAL
- 21. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas ÍNDICE DE PROTECÇÃO (IP) • O Índice de Protecção IP, define a protecção da caixa do equipamento. O primeiro número define a dimensão máxima do corpo que pode penetrar na caixa, o segundo define o comportamento em relação a líquidos, e o terceiro número (raras vezes usado), a energia de impacto. – Primeiro digito protecção contra contactos directos e entrada de corpos externos – Segundo dígito protecção contra a penetração de líquidos: 8 - equipamento submersível, em condições acordadas 7 - contra a imersão 6 - contra as projecções de água equivalentes a uma vaga; 6 - protecção total contra depósitos de poeira. 5 - contra as projecções de água a alta pressão em todas as direcções 5 - contra depósito de poeiras nocivas; 4 - contra as projecções de água em todas as direcções 4 - contra corpos superiores a 1 mm (ex. fios pequenos) 3 - contra a queda de gotas até 60° em relação à vertical (chuva); 3 - contra corpos superiores a 2.5 mm (ex. ferramentas, «clips», ganchos de cabelo); 2 - contra a queda de gotas até 15° em relação à vertical 2 - contra corpos superiores a 12 mm (ex. dedo da mão); 1 - contra a queda vertical de gotas de água (condensação); 1 - contra corpos superiores a 50 mm (ex. contacto involuntário da mão); 0 - não tem 0 - sem protecção 2.ºALGARISMO 1.ºALGARISMO
- 22. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas CLASSIFICA CLASSIFICAÇ ÇÃO DE MOTORES EL ÃO DE MOTORES ELÉ ÉTRICOS: TRICOS: MOTOR C.A. MONOFÁSICO UNIVERSAL TRIFÁSICO ASSÍNCRONO SÍNCRONO ASSÍNCRONO GAIOLA DE ESQUILO ROTOR BOBINADO SPLIT - PHASE CAP. PARTIDA CAP. PERMANENTE CAP. 2 VALORES PÓLOS SOMBREADOS REPULSÃO RELUTÂNCIA HISTERESE DE GAIOLA DE ANÉIS IMÃ PERMANENTE PÓLOS SALIENTES PÓLOS LISOS MOTOR C.C. EXCITAÇÃO SÉRIE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE EXCITAÇÃO COMPOUND IMÃ PERMANENTE SÍNCRONO CLASSIFICAÇÃO DE MOTORES
- 23. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO • Máquinas de corrente contínua
- 24. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas GERADOR ELEMENTAR
- 25. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas GERADOR ELEMENTAR
- 26. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Regra da Mão Direita e = Blv F = Bli
- 27. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Bornes das Máquinas de Corrente Contínua • Nomenclatura a utilizar nos enrolamentos de máquinas de corrente continua segundo a norma CEI 60034-8 E1 – E2 Indutor paralelo D1 – D2 Indutor série C1 – C2 Enrolamento de compensação B1 – B2 Pólos auxiliares ou de comutação A1 – A2 Induzido
- 29. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas PRODUÇÃO DE FEM ALTERNADA • A fem induzida é por natureza alternada, só ficando continua após rectificação • Gerador elementar AC (alternador) consistindo numa espira no rótor e 1 par de pólos no estátor – 1 par de anéis deslizantes onde encostam 2 escovas estacionárias permite um circuito fechado de corrente para o exterior – Pode-se ligar uma carga entre as escovas
- 30. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Diferenças entre Dínamos e Alternadores • Os elementos dos Dínamos e Alternadores são semelhantes e montados da mesma forma – o principio básico de operação é também o mesmo dado que temos um enrolamento a girar no meio de um campo magnético, e que produz uma fem alternada. • As máquinas apenas diferem na forma como os enrolamentos estão ligados ao exterior – um alternador utiliza anéis deslizantes – um dínamo utiliza um comutador
- 31. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Melhoria da forma de onda
- 32. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Melhoria da forma de onda • Ao utilizarmos 4 bobinas, desfasadas fisicamente de 90º(4 ranhuras), e dividindo o comutador em 4 segmentos, melhora-se a forma da onda produzida – A tensão varia mas nunca se anula – As 4 bobinas são idênticas
- 33. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Melhoria da forma de onda • As bobinas A e C (e de igual modo B e D) cortam as linhas de fluxo em sentidos contrários. – As polaridades de ea e ec (eb e ed) são portanto opostas – Em todos os instantes temos: ea+eb+ec+ed= 0 o que significa que não temos corrente de circulação no enrolamento – A fem captada nas escovas varia entre ea (a 0º- fig. Ante- rior) e ea+ ed (a 45º- posição da figura ao lado)
- 34. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas FEM Induzida (E) • Aumentando o nºde bobinas e de laminas, a fem “E” da máquina terá uma ondulação menor (< ripple). • A fem induzida em cada condutor “e” depende da indução B e da velocidade de rotação – Como a densidade de fluxo cortado varia de ponto para ponto, a fem E depende da posição das bobinas em cada instante e = Blv
- 35. Luis Pestana Luis Pestana Linha Neutra, Reacção do Induzido e Comutação
- 36. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Zonas Neutras • São zonas à superfície do rótor onde a Indução é nula – Nas zonas neutras, não há fem induzida – As espiras são atravessadas por um máximo de fluxo, mas a variação de fluxo a que estão sujeitas é nula. • As escovas, pressionam o colector, e quando em contacto com as laminas da uma mesma bobina que passa na zona neutra: – curto-circuitam a bobina – Mas não há fem induzida na bobina dado que não corta linhas de fluxo (nesse instante). – Não há circulação de corrente no curto-circuito “bobina-escovas” B=0
- 37. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Zonas Neutras • Se as escovas forem colo- cadas fora das zonas neutras – A fem induzida será menor – As escovas serão percorridas por elevadas correntes de curto-circuito, causando chispas (faíscas) • As escovas têm de ser colocadas nas zonas neutras, porque: – O curto-circuito ocorre quando a fem induzida nas espiras é nula – É nas zonas neutras que se capta + fem
- 38. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Zonas Neutras • Em vazio – A linha neutra magnética está coincidente com a linha neutra geométrica (a meio caminho entre os pólos) • Em carga – A reacção do induzido desloca a linha neutra magnética. • O deslocamento “ ” é função da corrente no rótor
- 39. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Reacção do Induzido
- 40. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Reacção do Induzido • Enrolamentos de compensação e pólos auxiliares de comutação
- 41. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas A REACÇÃO DO INDUZIDO • A reacção do induzido provoca: – Saturação magnética em certas zonas – Menor indução noutras – Em média a Indução B é menor =>Menor fem induzida total
- 42. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas EFEITO DO CAMPO NA FEM INDUZIDA • fem induzida mais forte em certas zonas de influência dos pólos (fluxo aditivo) do que noutras (fluxos opostos) • A fem máxima da máquina deixa de ser na linha neutra geométrica e passa a ser na linha neutra magnética
- 43. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Reacção do induzido • Consequências – Se a máquina não está saturada (zona linear da curva de magnetização) => A fem não se altera porque o fluxo é constante ( = c.te) – Com saturação => menor B => efeito desmagnetizante => menor fem gerada – Elevação da tensão em laminas consecutivas do colector junto das zonas dos pólos em que há reforço do campo => chispas no colector – Deslocamento da linha neutra: avanço (gerador)/ atraso (motor) => chispas no colector devido a curto-circuito de comutação – Solução 1: deslocar as escovas da linha neutra geométrica para a linha neutra real (operação complexa – manobra correctiva)
- 44. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Formas de compensação da reacção do induzido • Solução 2: neutralizar a reacção do induzido com enrolamentos de compensação – Condutores alojados em ranhuras nos pólos e ligados em série com o circuito exterior – A corrente circula no enrolamento de compensação em sentido oposto ao induzido provocando um campo de sentido oposto – Solução cara e aumenta as perdas no cobre => máquinas de elevada potência • Solução 3: Pólos auxiliares de comutação – Melhoram a comutação e eliminam o deslocamento da linha neutra – São colocados na linha neutra geométrica e ligados em série com o induzido – Produzem campo magnético oposto ao do induzido
- 45. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Comutação • É a troca de polaridade das espiras (em comutação) relativamente aos terminais da máquina – Ocorre no momento em que as escovas tocam em duas laminas consecutivas -> espiras em curto-circuito – Há inversão do sentido da corrente nas espiras (passagem das espiras de 1 via ou caminho para a via seguinte). • O efeito de auto indução atrasa o processo e provoca: – arco eléctrico (má comutação) proporcional à corrente do induzido – Deterioração de escovas e laminas do colector • Solução: Pólos auxiliares de comutação – Induz na espira uma fem contrária à de auto-indução tornando a inversão da corrente + linear => não há arco
- 46. Luis Pestana Luis Pestana Tipos de Excitação Magnética Classificação
- 47. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Excitação de máquinas de Corrente Contínua •Tipos de excitação •Auto-excitação •Excitação Separada •Fonte externa •Imanes permanentes •Shunt •Série •Compound •aditiva •diferencial •Hiper-compound •Isso-compound •Hipo-compound
- 48. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Excitação de máquinas de Corrente Contínua
- 49. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Geradores de Excitação Separada • Utilizam-se electroímanes em vez de imanes perma- nentes para criar o campo magnético. – É necessária uma fonte externa de alimentação, a que se dá o nome de excitação separada ou independente (baterias ou outro gerador) Rx – reostato de campo E0
- 50. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas • Gerador em vazio, rótor a velocidade constante • É uma medida do acoplamento magnético entre o estátor e o rótor • Idêntica à curva de magnetização – Histerese – Saturação magnética – Magnetismo remanescente Geradores de Excitação Separada caracteristica interna (ou de vazio)
- 51. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Geradores de Excitação Separada Aplicações típicas •Tacógrafos •Tensão proporcional à velocidade de rotação •Amplificador (ampli-dínamo) •Entrada – tensão de excitação, saída tensão do dínamo
- 52. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Característica externa U Queda devido à reacção do induzido Queda devido às resistências do induzido e de contacto das escovas com o colector U=E-ri.I- -2ue E – força electromotriz induzida U – tensão aos terminais ri – resistência do induzido ue- queda de tensão por escova, na resistência de contacto escova-colector – queda de tensão devido à reacção do induzido Excitação separada
- 53. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Gerador Shunt Indutor em paralelo com o induzido (auto - excitação) – elimina a necessidade de fonte externa. Processo (cumulativo) de auto – excitação •O fluxo remanescente induz uma pequena fem no induzido enquanto este roda •A fem produz uma pequena corrente de excitação (Ix – na figura) •Esta, cria uma fmm e reforça o fluxo remanescente (aumenta) •O fluxo aumentado, cria + fem, e logo + corrente •A fem cresce até estabilizar limitada pela saturação magnética e pelo valor do reóstato de campo
- 54. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Gerador Shunt Obtém-se por regulação do reóstato de campo Controlo da fem E0 do gerador Shunt Controlo de Tensão • A fem E0 em vazio, é determinada pela curva de magnetização e pela resistência do circuito indutor
- 55. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Processo Cumulativo da auto - excitação • Magnetismo remanescente • 1as correntes induzidas têm de reforçar magnetismo remanescente – Ligações (bem efectuadas, não interrompidas) – Sentido de rotação • Resistência de carga – Shunt (> que valor critico) – Série (< que valor critico) CONDI CONDIÇ ÇÕES DE ÕES DE EXCITABILIDADE EXCITABILIDADE
- 56. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Gerador Shunt • Num gerador Shunt a tensão aos terminais “cai” mais rapidamente que num gerador de excitação separada – A corrente de excitação na maq. de exc. Separada permanece constante e independente da carga – A corrente de excitação numa máquina shunt é função da tensão aos terminais – Cargas crescentes => U baixa => i excitação decresce (iexc decresce com a carga) – Para um gerador em auto-excitação, a queda de tensão interna é cerca de 15%, num gerador de excitação separada não chega a 10% da tensão nominal Característica externa
- 57. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Gerador Compound • O gerador compound é similar ao Shunt, mas compensa a queda de tensão interna com a utilização de um indutor série. – O indutor série é composto por poucas espiras de fio grosso, dado que vai ser percorrido pela corrente do Induzido – A resistência do indutor série é assim muito baixa
- 58. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Gerador Compound • Em vazio, a corrente no indutor série é zero – Apenas o indutor shunt produz fmm e fluxo. • Com o aumento de carga – A tensão aos terminais desce, mas como agora a corrente de carga atravessa o indutor série: • Este produz + fmm e com o mesmo sentido do indutor Shunt. • O fluxo aumenta com o aumento de carga Circuito equivalente
- 59. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Gerador Compound Diferencial • No gerador compound diferencial, o campo criado pelo indutor série é de oposição ao do indutor shunt – Em carga, a tensão desce drasticamente, relativamente ao valor de vazio – Aplicações típicas – soldadura – Limita a corrente de curto-circuito
- 60. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Comparação de Características • Característica externa das várias configurações de geradores de corrente continua.
- 61. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Associação de Geradores • Em série (para obter + tensão) • Em paralelo (para obter + corrente)
- 62. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Associação de Geradores • O paralelo de Dínamos de tipo série é instável. – Para se poder efectuar o paralelo é necessário utilizar uma barra de equilíbrio (compensação) • Esta barra tem de ser ligada do lado dos 2 indutores série (ver figura à direita), de modo a que dê um reforço de corrente no indutor, em caso de falha momentânea Paralelo de Dínamos tipo Série
- 63. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Associação de Geradores • Internamente Estável • Distribuição de carga – O de menor “queda interna” suporta + carga Paralelo de Dínamos tipo Shunt
- 64. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Associação de Geradores • A associação em paralelo de geradores de tipo compound, pela presença do indutor série, que traz instabilidade ao conjunto, necessita de barra de equilíbrio para se poder pôr a funcionar Paralelo de Dínamos tipo Compound
- 65. Luis Pestana Luis Pestana Motores de Corrente Continua Considerações Gerais
- 66. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • Máquinas versáteis na conversão electromecânica de energia • Custos de aquisição e manutenção + elevados do que máquinas equivalentes AC – Têm especial aplicação quando se requer uma característica Binário – velocidade de qualidade superior e com elevada eficiência numa gama alargada de velocidades. – Em declínio a favor de VEV’s (ASD’s) associados a máquinas AC Características principais
- 67. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • Velocidade variável, no fabrico do aço (laminadoras) e do papel (tracção), onde a capacidade de controlar a velocidade e o posicionamento são importantes • Aplicações em tracção; ex: comboios eléctricos. – Momentaneamente operados como geradores para frenagem eléctrica. Aplicações principais
- 68. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • No funcionamento como Motor, o sentido das correntes é contrário ao sentido como gerador U > E’ E > U (U) (E)
- 69. Luis Pestana Luis Pestana Motores de Corrente Continua Características mecânicas
- 70. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • Os enrolamentos da armadura (induzido) e de campo (excitação) estão electricamente separados, e são alimentados por fontes distintas – Permite o controlo total da corrente de excitação e da corrente da armadura Excitação Separada
- 71. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • As características do motor shunt e de exc. Separada são idênticas se supusermos tensão de alimentação constante. (apenas se poupa 1 fonte com a máquina shunt) Excitação Separada – característica de Binário - velocidade Motor exc. separada Motor exc. Shunt Caracteristica mecânica de um motor de exc. Separada (ou shunt)
- 72. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua U = E’ + Ri.I + U = k.n. + Ri.I + Força Contra Electromotriz (E’) φ φ φ φ K I Ri U n . − = U • Velocidade “n” do motor: • Proporcional à tensão aplicada • Inversamente proporcional ao fluxo por pólo
- 73. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua A potência eléctrica é transformada em mecânica no Induzido Peléctrica = E’.I = Pmecânica = T. I K I K n I n K I E T . ' . . 2 . . . . 2 . . . ' . φ π φ π φ ω = = = = Potência Transformada e Binário desenvolvido T= k’. .I i U ie C e Ω C r J R L E
- 74. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua Originando uma característica mecânica linear Caracteristica mecânica φ φ φ φ K I Ri U n . − = de T K Ri K U K K T Ri K U . ) ( . 2 ' ' ' ' ' φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ ω ω ω ω − = − = Podemos obter: I K T . . ' φ φ φ φ =
- 75. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • As Características Binário – Velocidade formam uma série de linhas direitas – Aumento de binário faz descer a velocidade – Se Iexc= c.te, => ( = c.te), então a velocidade apenas depende da corrente no Induzido • O Binário Máximo é controlado limitando a corrente no Induzido T=k’. .I
- 76. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • Os variadores de velocidade operam na zona de Indução B nominal (joelho da curva de magnetização) – A Velocidade máxima obtém-se por redução de fluxo • Reduz o binário – A potência mecânica útil é aprox. constante na região de enfraquecimento de campo – A queda de tensão na resistência do induzido torna-se mais significativa (pq há menos E’) Enfraquecimento de campo
- 77. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • A velocidade máxima é limitada por considerações mecânicas – E também por uma maior dificuldade de comutação sem faíscas • Usado com frequência em tracção eléctrica, em que: – A baixa velocidade • O fluxo é mantido constante (elevado) e controla-se a tensão no induzido, para binário máximo, consegue-se o máximo de aceleração e de frenagem – a alta velocidade • Reduz-se o fluxo, com tensão de alimentação constante (com consequente redução de binário) Enfraquecimento de campo
- 78. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua Curvas características
- 79. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua Inversão do sentido de rotação
- 80. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua Formas de variação de velocidade • Por variação de tensão • Por variação da resistência do induzido • Por variação de fluxo
- 81. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • Sistema de variação de velocidade Ward-Leonard
- 82. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua • Controlo de velocidade
- 83. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua Problemas de ventilação Característica real binário-velocidade
- 84. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua Regimes de operação
- 85. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua Funcionamento normal Frenagem Frenagem reostática (ou dinâmica)
- 86. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua Funcionamento normal Frenagem por Contra - Corrente Frenagem
- 87. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores de Corrente Continua Frenagem • A contra – corrente é mais eficaz (menor tempo de paragem) • Reostática – mais utilizada, devido à simplicidade
- 88. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores especiais • Motor universal
- 89. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Motores especiais - Motor PCB escovas Espiras do rótor electroímanes
- 90. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Resumo • O que é a electrónica de Potência • Rectificadores • Conversores • Inversores • Aplicações no controlo de motores • Eficácia / rendimento dos controladores electrónicos Electrónica de Potência
- 91. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Função: “controlar o fluxo de energia eléctrica, em tensão e corrente adequando-as à carga.” Electrónica de Potência Permite: Converter AC em DC -> rectificadores Converter DC em AC -> inversores Converter DC em DC ou AC em AC -> conversores Controlar a frequência de fontes de alimentação Controlar a tensão e corrente de saída de fontes de alimentação AC e DC
- 92. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Elementos utilizados nos Diagramas de Blocos ------------------------------------------------------ Electrónica de Potência Indutores Condensadores Diodos Interruptores Semicondutores
- 93. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Componentes passivos: Indutores e Condensadores Indutores: V= L di/dt • A corrente num indutor não pode variar instantaneamente Condensadores: i = C dv/dt • A tensão num condensador não pode variar instantaneamente Electrónica de Potência Os componentes passivos são essenciais ao funcionamento da electrónica de potência
- 94. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Electrónica de Potência Rectificador simples, com 1 só diodo
- 95. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Rectificador de onda completa Electrónica de Potência
- 96. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Rectificador monofásico de onda completa Electrónica de Potência Condensador de estabilização de tensão Vdc = 2.Vac Exemplo: Vac = 230V Vdc = 325.2V
- 97. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Rectificador trifásico de onda completa Electrónica de Potência Exemplo: Vac = 400V Vdc = 565.6V Exemplo de aplicação: excitação “brushless” de alternadores Vdc = 2.Vac
- 98. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Electrónica de Potência
- 99. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Electrónica de Potência
- 100. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Electrónica de Potência Ualim U I fm1 fm2 fm3 fm4
- 101. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Controlo electrónico Electrónica de Potência Ualim U I fm1 fm2 fm3 fm4 Τ M M Efonte E’
- 102. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Ualim U I fm1 fm2 fm3 fm4 Controlo electrónico Electrónica de Potência G E Efonte Τ G
- 103. M Má áquinas El quinas Elé éctricas ctricas Ualim U I fm1 fm2 fm3 fm4 Controlo electrónico Electrónica de Potência M Τ M E’ Efonte