C k k. ω 0 : VELOCIDADE EM VAZIO (SEM CARGA) - α : DEFINE A REGULAÇÃO DE VELOCIDADE COM O TORQUE PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 22

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1 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 22 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA: CARACTERÍSTICAS EXTERNAS LIGAÇÃO DE CAMPO INDEPENDENTE FONTES INDEPENDENTES P/ ALIMENTAÇÃO DE ARMADURA E CAMPO FONTES INDIVIDUALMENTE CONTROLADAS / AJUSTADAS V r E Φ i exc E k C k V k r ( k ) 2 C V E r I 0 C CURVAS CARACTERÍSTICAS RETAS COM CONSTANTE 0 E DECLIVIDADE α 0 : VELOCIDADE EM VAZIO (SEM CARGA) - α : DEFINE A REGULAÇÃO DE VELOCIDADE COM O TORQUE CONTROLE DE VELOCIDADE POR DUAS VARIÁVEIS INDEPENDENTES V E i exc REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO INVERSÃO DE ALIMENTAÇÃO DO CAMPO OU DA ARMADURA GRANDE CONTROLABILIDADE DO MOTOR AMPLA FAIXA DE VELOCIDADE DE OPERAÇÃO

2 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 23 LIGAÇÃO DE CAMPO INDEPENDENTE VARIAÇÃO DE VELOCIDADE PELA ARMADURA ( i exc = cte. ) VARIAÇÃO DE VELOCIDADE PELO CAMPO ( V = cte. Φ ) FLUXO IMPOSTO PELA EXCITAÇÃO CARACTERÍSTICA DE MAGNETIZAÇÃO NÃO LINEAR Φ n Φ min i e-n Φ n FLUXO NOMINAL DE TRABALHO LIMITE DE SATURAÇÃO i e-min Φ min FLUXO MÍNIMO LIMITE DE DISPARO DA MÁQUINA C.C. OPERAÇÃO A FLUXO CONSTANTE : i exc = cte. i exc = i e-n OPERAÇÃO A FLUXO VARIÁVEL : i e-min < i exc < i e-n 0 n 0 i e-min i e-n i exc V r k ( k ) 2 C k. V 1 k. C 2 V -n V r I C ( V r. I) k 2 ( k ) C i e V -1 0 n i e-2 i e-1 i e-n V V -3 C n C C 3 C 2 C 1 C n C VARIAÇÃO PELA ARMADURA: Φ = cte. VARIAÇÃO PELO CAMPO : V = cte.

3 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 24 C n C ; P mec C LIGAÇÃO DE CAMPO INDEPENDENTE P n P mec PLANO DE OPERAÇÃO DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA COM EXCITAÇÃO INDEPENDENTE n lim -n V ; i exc ; V -n i e-n V i exc EXCURSÃO DAS VARÍÁVEIS DE ALIMENTAÇÃO DO MOTOR C.C. COM EXCITAÇÃO INDEPENDENTE i e-min n lim VARIAÇÃO PELA ARMADURA A TORQUE CONSTANTE C = cte. - P mec = k.. VARIAÇÃO PELO CAMPO A POTÊNCIA CONSTANTE C = k. 1/ - P mec = cte.

4 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 25 MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA COM CAMPO INDEPENDENTE TRANSITÓRIOS DE ACELERAÇÃO V ; E V -n V E r. E k.. t ; i exc i e-n i exc > -n -n ie-min t I V r E C ; lim C cel C r C n C n C C r C k.. d J. dt < C n t

5 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 26 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA: CARACTERÍSTICAS EXTERNAS LIGAÇÃO DE CAMPO SÉRIE FONTE ÚNICA P/ ALIMENTAÇÃO DE ARMADURA E CAMPO r i exc = EXCITAÇÃO PROVIDA PELA PRÓPRIA CORRENTE DE CARGA Φ f ( I ) k'. V E Φ Φ n Φ min k E k C k 0 -min -n i exc V E r I C C k 2. k'. I 2 C k1. C k. 2 V 1 r k. k' C k. k' REGIÃO NÃO SATURADA REGIÃO SATURADA

6 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 27 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA: CARACTERÍSTICAS EXTERNAS LIGAÇÃO DE CAMPO SÉRIE CURVAS CARACTERÍSTICAS HIPÉRBOLES PARAMETRIZADAS PELA TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO SEM CARGA : C 0 VELOCIDADE EM VAZIO : 0 CONTROLE DE VELOCIDADE POR UMA ÚNICA VARIÁVEL INDEPENDENTE V ELEVADA REGULAÇÃO INERENTE DE VELOCIDADE DO MOTOR REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO INVERSÃO DA BOBINA DE CAMPO EM RELAÇÃO À ARMADURA lim V 1 r k. k' C k. k' n C n V -2 V -1 V -n C 0 V. '. C C p k k r 2 CONJUGADO DE PARTIDA

7 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 28 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA: CARACTERÍSTICAS EXTERNAS LIGAÇÃO DE CAMPO COMPOSTA ( COMPOUND ) FONTES INDEPENDENTES PARA ALIMENTAÇÃO DE ARMADURA E P/ ALIMENTAÇÃO DE PARCELA DO CAMPO EXCITAÇÃO PROVIDA PARCIALMENTE PELA CORRENTE DE CARGA E PARCIALMENTE POR FONTE INDEPENDENTE CAMPO SÉRIE CAMPO INDEPENDENTE OU SHUNT N DE ESPIRAS: N SER N DE ESPIRAS: N SHT r FLUXO NO ENTREFERRO ESTABELECIDO PELA EXCITAÇÃO TOTAL: V E Φ Fmm TOT = Fmm SER + Fmm SHT Fmm TOT = N SER. + N SHT. i exc i exc k CPD : GRAU DE COMPOSIÇÃO ( COMPOUNDAGEM ) DO CAMPO Fmm Fmm SER TOT k CPD 0,05 < k CPD < 0,10 HIPO COMPOSTO 0,10 < k CPD < 0,20 NORMAL COMPOSTO 0,20 < k CPD < 0,50 HÍPER COMPOSTO

8 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 29 LIGAÇÃO DE CAMPO COMPOSTA ( COMPOUND ) HÍPER COMPOSTO 0-3 NORMAL COMPOSTO HIPO COMPOSTO CAMPO SÉRIE E SHUNT SEMPRE ADITIVOS CAMPO SÉRIE PROMOVE REFORÇO DE 0-2 EXCITAÇÃO COM A CARGA 0-1 n MOTOR COMPOSTO CONTROLADO DE FORMA SIMILAR AO INDEPENDENTE CURVAS PARA V = V -n C n C APLICAÇÕES SIMILARES AO INDEPENDENTE, SUJEITAS A SOBRECARGAS MAIS SEVERAS REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO: MOTOR COMPOSTO OPERA SEM DIFICULDADE EM VAZIO OU BAIXA CARGA REGULAÇÃO ELEVADA DE VELOCIDADE INVERSÃO DA ARMADURA EM RELAÇÃO À BOBINA DE CAMPO SÉRIE POLARIDADE DA BOBINA SHUNT INALTERADA

9 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 30 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA ASPECTOS OPERACIONAIS ESPECÍFICOS COMUTAÇÃO : CENTELHAMENTO INERENTE NO SISTEMA ESCOVAS + COMUTADOR NA REVERSÃO DE CORRENTE DAS BOBINAS DE ARMADURA PROVOCA EROSÃO E DESGASTE ACENTUADO DA SUPERFÍCIE DO COMUTADOR EFEITO DOS PÓLOS AUXILIARES POSSIBILITA REDUÇÃO / ELIMINAÇÃO DO CENTELHAMENTO VIABILIZA A OPERAÇÃO DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA E PERMITE LONGA VIDA ÚTIL REAÇÃO DE ARMADURA : ( CAMPO MAGNÉTICO CRIADO PELA CIRCULAÇÃO DE CORRENTE NA ARMADURA ) DISTORÇÃO NA DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DE CAMPO NO ENTREFERRO DA MÁQUINA, QUANDO EM CARGA PROVOCA INSTABILIDADE DE ROTAÇÃO ( DESMAGNETIZAÇÃO SOB CARGA E.D.R.A. ) PROVOCA DESEQUILÍBRIO NA DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES AO LONGO DO COMUTADOR, EM CARGA PODE LEVAR AO ARCO ELÉTRICO ENTRE ESCOVAS ( FLASH-OVER ) EFEITO DO ENROLAMENTO DE COMPENSAÇÃO INIBE A DISTORÇÃO DE CAMPO PERMITE OPERAÇÃO COM REGIME DE ELEVADA DINÂMICA E VARIAÇÃO PELO CAMPO EM AMPLA FAIXA

10 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 31 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA - PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COMUTAÇÃO i + i + i + i - i - i i i i i i + i i = 0 + i - i - i i i + i + i - i - i - i i i BOBINA EM COMUTAÇÃO CURTO-CIRCUITO PELA ESCOVA CORRENTE NAS BOBINAS É INVERTIDA NA PASSAGEM PELO E.Q. VARIAÇÃO DA CORRENTE NO TEMPO DURANTE O PROCESSO DE COMUTAÇÃO

11 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 32 VARIAÇÃO DA CORRENTE NA BOBINA DE ARMADURA DURANTE A COMUTAÇÃO i bob + i - i i bob + i - i + i + i + i - i - i i 1 i 2 i 1 i 2 b 1 b 2 R b1 R b2 + i + i i = 0 - i - i = i 1 + i 2 = i 1 + i 2 R b1 = k.(1 / b 1 ) ; R b2 = k.(1 / b 2 ) i bob + i + i - i - i - i + i i bob (t 0 ) i 1 t 0 i 2 t COMUTAÇÃO RESISTIVA OU LINEAR VARIAÇÃO DA CORRENTE NA BOBINA DETERMINADA PELA RESISTÊNCIA EQUIVALENTE DO CONTATO: ESCOVA + LÂMINA DO COMUTADOR - i T c : INTERVALO DE COMUTAÇÃO

12 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 33 COMUTAÇÃO NÃO LINEAR AÇÃO DOS PÓLOS DE COMUTAÇÃO ( PÓLOS AUXILIARES OU INTERPOLOS ) + i i bob ATRASO NA CORRENTE DEVIDO À INDUTÂNCIA DA BOBINA e i e m i e m i e i EFEITO DO INTERPOLO t e L e L i bob (T c ) e m i e m i i - i T c : INTERVALO DE COMUTAÇÃO EFEITO DO INTERPOLO: TENSÃO INDUZIDA MOCIONAL: e i = B int. L.v B int : CAMPO PRODUZIDO PELO INTERPOLO TENSÃO INDUZIDA: e i = - e L ACELERAÇÃO NA VARIAÇÃO DA CORRENTE INTERPOLO EM SÉRIE COM A ARMADURA EFEITO OCORRE EM QUALQUER CONDIÇAO DE CARGA INDUTÂNCIA DA BOBINA NÃO NULA : TENSÃO INDUZIDA VARIACIONAL: e L = L. di / dt ATRASO NA VARIAÇÃO DA CORRENTE AO FINAL DO TEMPO DE COMUTAÇÃO: i bob - i CIRCUITO DA BOBINA ABERTO MECANICAMENTE CENTELHAMENTO ( TENSÃO INDUZIDA NA ABERTURA DO CIRCUITO > QUEDA DE TENSÃO NO CONTATO DA ESCOVA COM A LÂMINA )

13 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 34 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA - EFEITOS DA REAÇÃO DE ARMADURA REAÇÃO DE ARMADURA CAMPO MAGNÉTICO CRIADO PELA CIRCULAÇÃO DE CORRENTES NO ENROLAMENTO DO ROTOR COMPOSIÇÃO DA REAÇÃO DE ARMADURA COM O CAMPO PRINCIPAL DISTORÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO DE CAMPO NO ENTREFERRO EFEITO DA DISTORÇÃO DE CAMPO : SATURAÇÃO LOCALIZADA NO MATERIAL FERROMAGNÉTICO DESMAGNETIZAÇÃO SOB CARGA ( E.D.R.A. )

14 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 35 EFEITOS ADICIONAIS DA REAÇÃO DE ARMADURA ESCOVAS NA LINHA NEUTRA CALAGEM NULA EFEITOS DA CIRCULAÇÃO DE CORRENTE NOS CONDUTORES DA ARMADURA ESCOVAS DESLOCADAS NO SENTIDO DA ROTAÇÃO CALAGEM POSITIVA COMUTAÇÃO ATRASADA ESCOVAS DESLOCADAS NO SENTIDO CONTRÁRIO AO DA ROTAÇÃO EFEITOS DA MUDANÇA NA POSIÇÃO RELATIVA DAS ESCOVAS (CALAGEM) CALAGEM NEGATIVA COMUTAÇÃO AVANÇADA

15 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 36 EFEITOS ADICIONAIS DA REAÇÃO DE ARMADURA U ent EM VAZIO EFEITO DA DISTORÇÃO DE CAMPO EM CARGA SOBRE A DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES ENTRE LÂMINAS DO COMUTADOR: EM CARGA EM VAZIO DISTRIBUIÇÃO UNIFORME EM CARGA DISTRIBUIÇÃO DESEQUILIBRADA RISCO DE ULTRAPASSAGEM DA TENSÃO DISRUPTIVA PELO AR ARCO ENTRE ESCOVAS ( FLASH-OVER )

16 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 37 MÉTODOS DE PARTIDA E VARIAÇÃO DE VELOCIDADE DOS MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA ALIMENTAÇÃO A PARTIR DE FONTE C.A. : CONVERSORES C.A. C.C. RETIFICADORES CONTROLADOS OPERAÇÃO EM UM OU DOIS QUADRANTES OPERAÇÃO EM QUATRO QUADRANTES COM CONVERSORES EM ANTI-PARALELO GRUPOS MOTOR-GERADOR C.C. SISTEMA WARD-LEONARD OPERAÇÃO NATURAL EM QUATRO QUADRANTES ALIMENTAÇÃO A PARTIR DE FONTE C.C. : PARTIDA E ACELERAÇÃO REOSTÁTICA OPERAÇÃO EM UM OU DOIS QUADRANTES MÉTODO DISSIPATIVO RECORTADOR DE TENSÃO CHOPPER OPERAÇÃO EM UM OU DOIS QUADRANTES OPERAÇÃO EM QUATRO QUADRANTES COM CHOPPER REGENERATIVO

17 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 38 MÉTODOS DE PARTIDA E VARIAÇÃO DE VELOCIDADE DE MOTORES C.C. CONVERSORES C.A. C.C. RETIFICADORES CONTROLADOS BASEADOS EM TIRISTORES r i exc TOPOLOGIA TÍPICA DE CONVERSOR V AC 3 ~ V E Φ V exc V AC 1 ~ DE 1 QUADRANTE CONVERSOR DE CAMPO CONVERSOR DE ARMADURA REGULADOR DE REGULADOR DE REGULADOR DE i exc MALHA DE + + ~ ~ + REF = = CONTROLE DE VELOCIDADE REALIMENTAÇÃO DE REALIMENTAÇÃO DE REALIMENTAÇÃO DE i exc

18 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 39 MÉTODOS DE PARTIDA E VARIAÇÃO DE VELOCIDADE DE MOTORES C.C. GRUPOS MOTOR - GERADOR C.C. SISTEMAS WARD LEONARD r - G r - M MOTOR SÍNCRONO OU DE INDUÇÃO i exc - G i exc - M GRUPO ROTATIVO WARD LEONARD V AC 3 ~ G.C.C. E G V E M M.C.C. = ~ DE 4 QUADRANTES ~ = + r cmpo - CONTROLE DE EXCITAÇÃO DO GERADOR C.C. REATOR DE CIRCULAÇÃO ~ = SISTEMA ESTÁTICO WARD LEONARD DE 4 QUADRANTES V AC 3 ~ V AC 3 ~

19 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 40 MÉTODOS DE PARTIDA E VARIAÇÃO DE VELOCIDADE - ALIMENTAÇÃO A PARTIR DE BARRAMENTO C.C. RESISTOR DE PARTIDA E CONTROLE DE VELOCIDADE R 1 + R 2 + R ARMADURA V LINHA RESISTOR DE DERIVAÇÃO DO CAMPO V MOTOR CAMPO SÉRIE CONTROLE DE PARTIDA E ACELERAÇÃO REOSTÁTICA I C E A I I A V AMED LINHA r A K.. R cte. C d J. cte. k. t dt K.. V E MOTOR i cte. k. t - mx V MOTOR V LINHA - med - min n n 0 t t

20 PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS 41 CONTROLE DE PARTIDA E ACELERAÇÃO POR MEIO DE CHOPPER + + V V LINHA V MOTOR V LINHA V MOTOR - - t 0 τ CHAVE ELETRÔNICA SCR GTO IGBT OPERA COM FREQUÊNCIA DE CHAVEAMENTO FIXA E COM INTERMITÊNCIA AJUSTÁVEL FATOR DE INTERMITÊNCIA ( DUTY-CYCLE ) ( t 0 / τ ) t V 0. MOTOR V LINHA - med.