Ce aula 05 máquina cc

Máquina de corrente contínua
Prof. José Batista

Máquinas de Corrente Contínua
 As máquinas de corrente contínua podem ser
utilizadas tanto como motor quanto como
gerador. Porém, uma vez que as fontes
retificadoras de potência podem gerar tensão
contínua de maneira controlada a partir da
rede alternada, pode-se considerar que,
atualmente, a operação como gerador fica
limitada aos instantes de frenagem e reversão
de um motor.

Máquinas de Corrente Contínua
 Atualmente, o desenvolvimento das técnicas
de acionamentos de corrente alternada (CA) e
a viabilidade econômica têm favorecido a
substituição dos motores de corrente contínua
(CC) pelos motores de indução acionados por
inversores de freqüência.

Principais aplicações
 Máquinas de Papel
 Bobinadeiras e desbobinadeiras
 Laminadores
 Máquinas de Impressão
 Extrusoras
 Prensas

Principais aplicações
 Elevadores
 Movimentação e Elevação de Cargas
 Moinhos de rolos
 Indústria de Borracha
 Mesa de testes de motores

Principais Características
 Fácil controle de velocidade;
 Fabricação cara;
 Cuidados na partida;
 Uso em declínio.
 Geradores e Motores

Componentes
 O motor de corrente contínua é composto de
duas estruturas magnéticas:
– Estator (enrolamento de campo ou ímã
permanente);
– Rotor (enrolamento de armadura).

https://www.youtube.com/watch?v=LAtPHANEfQo
https://www.youtube.com/watch?v=0PDRJKz-mqE

Estator (Armadura)
 O estator é composto de uma estrutura
ferromagnética com pólos salientes aos quais são
enroladas as bobinas que formam o campo, ou de
um ímã permanente.

Estator (Armadura)
Carcaça - estrutura de aço ou ferro. Serve de suporte para as
partes constituintes da máquina.
Sapatas Polares - são de ferro laminado aparafusado ou soldado na
carcaça. A sapata polar é curvada e mais larga do que o núcleo
polar, a fim de espalhar o fluxo mais uniformemente.
Interpolos - também estão montados na carcaça, entre os
pólos principais e geralmente, possuem menor tamanho.

Interpolo
 O problema do faiscamento tem como ideia básica por trás dessa nova
abordagem é que, se a tensão nos condutores que estão sofrendo comutação
puder ser tornada zero, então não haverá faiscamento nas escovas. Para
conseguir isso, pequenos polos, denominados polos de comutação ou
interpolos, são colocados a meio caminho entre os polos principais. Esses
polos de comutação estão localizados diretamentesobre os condutores que
passam pela comutação. Fornecendo um fluxo pelo uso dos polos de
comutação, será possível cancelar exatamente a tensão nas bobinasque estão
passando por comutação. Se esse cancelamento for exato, não haverá
faiscamento nas escovas.

Rotor
 O rotor é um eletroímã constituído de um núcleo de
ferro com enrolamentos em sua superfície que são
alimentados por um sistema mecânico de
comutação.
 Esse sistema é formado por um comutador, solidário
ao eixo do rotor, que possui uma superfície cilíndrica
com diversas lâminas às quais são conectados os
enrolamentos do rotor; e por escovas fixas, que
exercem pressão sobre o comutador e que são
ligadas aos terminais de alimentação.

Partes Constituintes – Estator
 Enrolamento auxiliar de campo: igualmente
alojado sobre o pólo principal. À semelhança
do enrolamento de compensação, tem por
função compensar a reação da armadura
reforçando o campo principal;
 Pólos de Comutação: são alojados na região
entre os pólos e constituídos por um
conjunto de chapas laminadas justapostas;

Partes Constituintes – Rotor
 Enrolamentos de Comutação: são
percorridos pela corrente de armadura,
sendo ligados em série com este. Têm por
função facilitar a comutação e evitar o
aparecimento de centelhamento no
comutador;

Partes Constituintes – Rotor
 Núcleo Magnético: é constituído de um
pacote de chapas de aço magnético
laminadas, com ranhuras axiais para alojar o
enrolamento da armadura;
 Enrolamento da Armadura: é composto de
um grande número de espiras em série
ligadas ao comutador. O giro da armadura
faz com que seja induzida uma tensão neste
enrolamento;

Rotor
 Comutador: é constituído de lâminas de
cobre (lamelas) isoladas umas das outras
por meio de lâminas de mica (material
isolante). Tem por função transformar a
tensão alternada induzida numa tensão
contínua;
 Eixo: é o elemento que transmite a potência
mecânica desenvolvida pelo motor a uma
carga a ele acoplada.

Rotor - Enrolamento Imbricado
Nível de Tensão Menor

Rotor - Enrolamento Ondulado
Nível de Tensão Menor

Circuito de um Gerador CC
5
Circuito de Campo Circuito de
Armadura
 E = Tensão de campo
 Ra = Resistência da armadura
 Ia = Corrente de armadura
 E = Força Eletromotriz induzida ou Força Contra-Eletromotriz da
armadura

Circuito de um Motor CC
6
Circuito de Campo Circuito de Armadura
 V = Tensão de armadura
 Ra = Resistência da armadura
 Ia = Corrente de armadura
 E = Força Eletromotriz induzida ou Força Contra-Eletromotriz da
armadura

Principio de Funcionamento de
um gerador CC

Funcionamento do motor CC de
dois pólos.

Modelo do circuito elétrico do
motor CC
 Pela Lei da Indução de Faraday, a força
eletromotriz induzida é proporcional ao fluxo
e à rotação, ou seja:
 Onde:
 n = velocidade de rotação
 K = constante que depende do tamanho do rotor, do número de
pólos do rotor, e como essas pólos são interconectados.
 φ = fluxo no entreferro
NKE ..

motor CC
 Como a força-contra-eletromotriz, E, varia com a velocidade e
o fluxo, podemos chegar na seguinte equação de velocidade
(em rpm):
 Esta equação nos diz que a velocidade do motor depende da
tensão aplicada na armadura, da corrente na bobina e do valor
do fluxo magnético. Note que a velocidade do motor tende ao
infinito quando o fluxo tende a zero. Conseqüentemente, não
devemos tirar, sob hipótese alguma, a corrente de campo, pois
o motor “dispara”.
.K
E
N 
K
IaRaV
N
.
 fIK .1

motor CC
 Portanto, a velocidade é diretamente
proporcional à tensão de armadura, e
inversamente proporcional ao fluxo no
entreferro.

motor CC
 O controle da velocidade, até a velocidade
nominal, é feito através da variação da
tensão de armadura do motor, mantendo-se
o fluxo constante.
 Velocidades superiores à nominal podem ser
conseguidas pela diminuição do fluxo,
mantendo-se a tensão de armadura
constante.

motor CC
 Sabendo que o fluxo é proporcional à
corrente de campo, ou seja:
 K = constante.
 If = corrente de campo
fIK.

motor CC
 A equação para o torque desenvolvido na armadura
será em função do fluxo magnético e da corrente da
armadura: O conjugado do motor é dado por:
 Onde:
 C ou T - conjugado eletromagnético do motor, N.m;
 Ia - Corrente de armadura, A;
 P - W ;
 n - deve ser dado em RPM;
𝑇 =
𝑃𝑠
𝜔 𝑚
=
60
2𝜋
𝑃𝑠
𝑛
= 9,55.
𝑃𝑠
𝑛
IaKTouC ..

motor CC
 Se o conjugado requerido pela carga for
constante, o motor tenderá a supri-lo,
sempre absorvendo uma corrente de
armadura também praticamente constante.
Somente durante as acelerações
provocadas pelo aumento da tensão, que
transitoriamente a corrente se eleva para
provocar a aceleração da máquina,
retornando após isso, ao seu valor original.

Modelo do circuito elétrico do motor CC

motor CC
 Portanto, em regime, o motor CC opera a corrente de
armadura essencialmente constante também. O nível dessa
corrente é determinado pela carga no eixo.
 Assim, no modo de variação pela tensão de armadura, até a
rotação nominal, o motor tem a disponibilidade de acionar a
carga exercendo um torque constante em qualquer rotação de
regime estabelecida, que representa as curvas características
dos motores CC.
 O controle da velocidade após a rotação nominal é feito
variando-se o fluxo e mantendo a tensão de armadura
constante e, por isso, chama-se zona de enfraquecimento de
campo.

O diagrama de fluxo de potência
Gerador

O diagrama de fluxo de potência -
Motor

1. Motor cc de excitação separada
2. Motor cc shunt
3. Motor série
4. Motor composto
TIPOS DE MOTORES DC

Tipo de Excitação Paralelo (shunt)
 Velocidade praticamente constante
 Velocidade ajustável por variação da tensão
de armadura

Tipo de Excitação Paralelo (shunt)
IaIfI 
XfRf
Vf
If


VLV 
IaRaVE .

Tipo de Excitação Série
 Bobinas de campo estão em série com o
enrolamento da armadura
 Só há fluxo no entreferro da máquina
quando a corrente da armadura for diferente
de zero (máquina carregada)
 Conjugado é função quadrática da corrente,
uma vez que o fluxo é praticamente
proporcional à corrente de armadura

 Conjugado elevado em baixa rotação
 Potência constante
 Velocidade extremamente elevada quando o
motor é descarregado, por isso não se
recomenda utilizar transmissões por meio de
polias e correias

IaIfI 
VfVaV 
)( RaXfRfIVE 

Tipo de Excitação Independente

 Motor excitado externamente pelo circuito de
campo
 Velocidade praticamente constante
 Velocidade ajustável por variação da tensão
de armadura e também por enfraquecimento
de campo

 São os motores mais aplicados com
conversores CA/CC na indústria
 Aplicações mais comuns: máquinas de
papel, laminadores, extrusoras, fornos de
cimento, etc.

 Enrolamento de campo independente
 Apresenta um fluxo mínimo mesmo com o
 motor em vazio.

Vantagens
 Ciclo contínuo mesmo em baixas rotações
 Alto torque na partida e em baixas rotações
 Ampla variação de velocidade
 Facilidade em controlar a velocidade
 Os conversores CA/CC requerem menos
espaço

Vantagens
 Existe?
 Para certas Aplicações são economicamente
viáveis, pois possuem pequenas dimensões
com um excelente torque, Ex: Liquidificador,
furadeira elétrica, motores de brinquedos.

Desvantagens
 Os motores de corrente contínua são
maiores e mais caros que os motores de
 indução, para uma mesma potência
 Maior necessidade de manutenção (devido
aos comutadores)
 Arcos e faíscas devido à comutação de
corrente por elemento mecânico (não pode
ser aplicado em ambientes perigosos)

Desvantagens
 · Tensão entre lâminas não pode exceder
20V, ou seja, não podem ser
 alimentados com tensão superior a 900V,
enquanto que motores de corrente
 alternada podem ter milhares de volts
aplicados aos seus terminais.
 · Necessidade de medidas especiais de
partida, mesmo em máquinas pequenas.

Motor universal
 Funciona em corrente continua ou alternada
Ex: Liquidificador, furadeira elétrica

Motor universal
 Funciona em corrente continua/alternada

Motor universal
 Um motor série, com uma resistência do induzido de ra = 0,2 
e com uma resistência do indutor série de rf - 0,1 encontra-se
alimentado sob uma tensão DC de 220V . A reação do induzido
é desprezável e o circuito magnético não se encontra saturado.
À velocidade de 1000 rpm o motor absorve uma corrente de 50
A.

Motor universal
 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 0,06 . Seu circuito de campo
tem uma resistência total de Raj + RF de 50 , produzindo uma
velocidade a vazio de 1200 rpm. Há 1200 espiras por polo no
enrolamento do campo em derivação.
 Encontre a velocidade desse motor quando a corrente de
entrada é 100 A.
 Plote a característica de conjugado versus velocidade do
motor.

Motor universal
 Um motor CC em derivação de 50 HP, 250 V e 1200 rpm, sem enrolamentos de
compensação, tem uma resistência de armadura (incluindo as escovas e os interpolos) de
0,06 . Seu circuito de campo tem uma resistência total de RF Raj de 50 , produzindo uma
velocidade a vazio de 1200 rpm. No enrolamento do campo em derivação, há 1200 espiras
por polo. A reação de armadura produz uma força magnetomotriz desmagnetizante de 840
A • e para uma corrente de campo de 200 A. A curva de magnetização dessa máquina
está mostrada
 Encontre a velocidade desse motor quando a sua corrente de entrada é 200 A.
 Basicamente, esse motor é idêntico ao do Exemplo 8-1, exceto pelo fato de que os
enrolamentos de compensação estão ausentes. Como essa velocidade pode ser
comparada com a do motor anterior para uma corrente de carga de 200 A?
 Calcule e plote a característica de conjugado versus velocidade do motor.

Motor universal
 Para compreender o que acontece quando o resistor de campo de um motor
CC é mudado, assuma que o resistor de campo aumente de valor e observe a
resposta. Se a resistência de campo aumentar, então a corrente de campo
diminuirá (IF VT /RF ↑) e, quando isso acontecer, o fluxo também diminuirá
junto. Uma diminuição de fluxo causa uma queda instantânea na tensão
gerada interna, , o que leva a um grande aumento de corrente de armadura na
máquina.

Motor velocidade motor CC em derivação-
ALTERAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE CAMPO

Motor Velocidade motor CC em derivação-
VARIAÇÃO DA TENSÃO DE ARMADURA

Motor Velocidade motor CC em derivação - INSERÇÃO DE UM
RESISTOR EM SÉRIE COM O CIRCUITO DE ARMADURA

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