12 FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA

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1 80 1 FUNCIONMENTO DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNU COM EXCITÇÃO EM DERIVÇÃO E EXCITÇÃO INDEPENDENTE COM CRG VRIÁVEL 1.1 INTRODUÇÃO Historicamente os motores de corrente contínua foram muito usados na indústria devido a facilidade de realizar o controle de velocidade sem a necessidade de alterar a frequência da fonte de alimentação. Na Figura 54 é ilustrado o circuito equivalente do motor cc com excitação em derivação (shunt), com uma carga genérica conectado em seu eixo. Observe que o sentido da corrente pela armadura é invertido quando compara-se com o circuito equivalente do gerador cc. Para o circuito da armadura pode-se escrever as seguintes relações: I a = I L = E a (R a R i ) I a V esc (1.1) E a = k e φω τ ele = k t φi a Enquanto que para o circuito de campo pode-se escrever: { Vt = (R aj R f ) I f F = N f I f (1.) Manipulando (1.1), porém desprezando as perdas no enrolamentos de interpolo e a queda de tensão nas escovas, pode-se escrever a seguinte relação para a velocidade desenvolvida para o motor cc com excitação independente: ω m = kφ R a (kφ) τ (1.3) ele análise de (1.3) mostra que os motores cc com excitação em derivação modificam levemente sua velocidade com o aumento do conjugado (torque) desenvolvido em seu

2 81 V I esc R R I L I E ( R aj ) I F FONTE ω mec T mec T ele CRG Figura 54: Circuito equivalente do motor CC com excitação shunt. eixo (τ ele ). Figura 55 ilustra o comportamento da velocidade mecânica em função do torque da carga. ω m V T k φ R a (kφ) τ carga τ ele Figura 55: Característica velocidade versus torque para o motor cc com excitação shunt. 1. OBJETIVOS Levantamento da característica velocidade x torque para o motor cc com excitação independente do Laboratório de Máquinas da Faculdade de Engenharia da UFJF.

3 8 1.3 DDOS NOMINIS D MÁQUIN DE CORRENTE CONTÍNU Nos ensaios em laboratório será utilizado uma máquina em corrente contínua com as seguintes características: Potência nominal Tensão armadura Corrente armadura (W) nominal (V) nominal () Tensão campo Corrente campo Velocidade nominal (V) nominal () nominal (rpm) Na realização deste ensaio será usado um gerador síncrono de quatro polos como carga mecânica. O motor cc com excitação independente aciona o gerador síncrono que por sua vez alimenta uma carga elétrica variável conectada em seus terminais trifásicos. O circuito de campo será alimentado por uma fonte CC independente e será usado um banco resistivo como carga para o gerador síncrono. 1.4 LEVNTMENTO D CRCTERÍSTIC VELOCIDDE X CON- JUGDO Conforme mostrado na Figura 55 a velocidade mecânica do motor varia a medida que o torque de carga aumenta. Os motores são projetados para apresentarem um rendimento máximo quando o conjugado (torque) é nominal. Para levantar a curva característica mecânica do motor cc vai-se montar o esquema mostrado na Figura 56 I L I I F R I R τ ind ω m W 1 CRG V E GS W TRIFÁSIC VRIÁVEL Figura 56: Montagem experimental para levantar característica mecânica do motor cc com excitação shunt sem reação da armadura.

4 83 Para evitar um centelhamento excessivo devido a reação da armadura deve-se conectar os enrolamentos de interpolo (R I ) em série com o enrolamento da armadura conforme mostrado na Figura 56. pós a montagem do circuito proposto, com o motor cc sendo acionado com tensão nominal e com a carga desconectada dos terminais do gerador síncrono deve-se ajustar a corrente de campo pelo gerador até que a tensão terminal do mesmo seja igual a nominal. pós o ajuste do circuito de campo, com gerador em funcionamento, começa-se a variar o valor da carga resistiva completando a Tabela 9. Deve-se ter atenção para não extrapolar o valor da corrente nominal da máquina. Tabela 9: Característica mecânica do motor cc shunt. Leitura V T (V) I L () ω m (rpm) W 1 (W) W (W) VRIÇÃO DE VELOCIDDE DE UM MOTOR CC COM EX- CITÇÃO INDEPENDENTE Possibilidade de variar de maneira independente a tensão de alimentação da armadura da corrente de excitação pelo campo fazem que os motores cc com excitação independente sejam uma escolha interessante para o controle de velocidade e/ou posição. Figura 57 mostra o circuito equivalente de um motor cc com excitação independente. Com a exceção do circuito de campo que é alimentado por uma fonte independente, todas as demais equações são idênticas as do motor cc shunt.

5 84 I F R aj V I esc R R I L I V F E FONTE ω mec T mec T ele CRG Figura 57: Circuito equivalente do motor cc com excitação independente. partir da relação (1.3) pode-se derivar duas estratégias para controlar a velocidade de um motor cc com excitação independente: i) través da variação da tensão terminal; ii) través da variação da corrente de excitação (enfraquecimento do campo). s Figuras 58 (a) e (b) mostram as curvas características obtidas quando a tensão de alimentação e corrente de campo são variadas no motor cc com excitação independente. princípio pode-se pensar em só se variar a tensão terminal de alimentação. Contudo essa opção não permite trabalhar com o motor com uma velocidade superior a velocidade nominal. É nesse sentido é que se realiza o enfraquecimento do campo aumentando a resistência do circuito de campo com o objetivo de diminuir a corrente de excitação. Com o objetivo de testar essas funcionalidades do motor cc com excitação vai-se montar circuito da Figura 59. Para evitar um centelhamento excessivo nas escovas vaise também conectar os enrolamentos de interpolo conforme no ensaio anterior. Para evitar que o motor funcione a vazio, isto é, sem carga, vai-se usar o gerador síncrono como uma carga mecânica conectada ao eixo do motor, porém sem nenhum carga elétrica conectada em seus terminais. gora, após o ajuste do circuito de campo, varia-se a tensão terminal até o limite da tensão nominal do motor completando a Tabela 30. pós atingir o limite da tensão

6 85 ω m ω m V 1 R a (kφ) ω m R > F RF1 V ω m1 V 3 V 4 1 τ carga τ ele τ carga τ ele (a) (b) Figura 58: Variação da velocidade do motor cc com excitação independente: (a) variação da tensão de alimentação, (b) enfraquecimento do campo. I = I L R I R τ ind ω m V E GS I F V F Figura 59: Montagem experimental para investigação do controle de velocidade do motor cc ocm excitação independente. incia-se o processo de enfraquecimento do campo, aumentando a resistência do circuito para reduzir a corrente. 1.6 INSTRUMENTOS UTILIZDOS 01 voltímetro CC; 0 amperímetros CC; 0 wattímetros; 01 medidor ótico de velocidade (tacômetro);

7 86 Tabela 30: Variação de velocidade do motor cc independente. Ensaio Leitura V T (V) I L () ω m (rpm) Variação da tensão Enfraquecimento do campo fonte CC controlada; 01 fonte CC não controlada 01 banco de carga variável. FONTE CRG C V W C V W Figura 60: Esquema de conexão de dois wattímetros para medição da potência trifásica.