Máquinas de Corrente Contínua

Transcrição

1 Máquins de Corrente Contínu Gil Mrques Conteúdo Simbologi Clssificção Constituição Princípio de funcionmento Modelo mtemático Crcterístics Mnobr 1

2 Simbologi: i M G u i f u f Unifilr M Motor G Gerdor ou Dínmo u Tensão no induzido i Corrente do induzido u f Tensão de excitção i f Corrente de excitção 3 Clssificção: Excitção seprd ou independente Excitção derivção i f C D A i u Fonte de Energi Fonte de Energi i t i f C D i A Excitção em série A U E F Fonte de Energi Excitção compost A U C D E F Fonte de Energi 4

3 Constituição: 5 Corte trnsversl: Crcç Pólo de excitção 3 Enrolmento de excitção 4 Pólo de comutção 5 Enrolmento de comutção 6 Enrolmento de compensção 7 Núcleo do rotor 8 Enrolmento do induzido 6 3

4 Enrolmentos em nel pólos 4 pólos 7 Enrolmentos em Tmbor 8 4

5 Comutdor 9 Foto de comutdor 10 5

6 Comutdor, induzido em bolch, 11 Rotor de máquin 1 6

7 ndutor com mgnetos permnentes 13 Mgnetos de lnico 14 7

8 DC sem ferro 15 Fem induzid num espir v E i = vx E i F.e.m num condutor e = L v 16 8

9 Forç mecânic num condutor df = i dsx ids f Forç sobre um condutor f = L i 17 Potênci mecânic v v E i f E i i ds f i ds GERADOR A forç e velocidde têm sentidos opostos - É necessário fornecer potênci mecânic O cmpo eléctrico e corrente têm o mesmo sentido -A corrente pode ser ctud por E MOTOR A forç e velocidde têm o mesmo senntido - O condutor recebe potênci mecânic O cmpo eléctrico e corrente têm sentidos opostos -A corrente tem de ser obrigd circulr contr E 18 9

10 Cmpo mgnético n periferi r θ Linhs de forç do cmpo de excitção Andmento do cmpo o longo d periferi 19 Distribuição de cmpo do induzido e totl Cmpo do induzido Cmpo totl 0 10

11 Produção do binário 1 Funcionmento do colector 11

12 Sistem linerizdo N S N S 1 A A Cminho 1: T+, A1, L, S, S3, S4, L5, 1, T- Cminho : T+, A, L8, S7, S6, S5, L5, 1, T- Cminho 3: T+, A, L9, S9, S10, S11, L1,, T- Cminho 4: T+, A1, L1, S14, S13, S1, L1,, T- 3 A A Circuito equivlente f r f E U U f U =r +E =r + k φ ω m Ε= p Z φ n E = k φω m T em = k φ ω m U = r kφ P e =E = k φω m = k φ ω m = T em ω m 4 1

13 Crcterístics do Motor Derivção Fonte de Energi t C f D A u T em f =cte=> φ=cte T em = k φ ω m ω m U = r kφ 5 Crcterístic electromecânic T em ω m 1º Qudrnte Motor A velocidde diminui ligeirmente em função d crg É um máquin de velocidde quseconstnte 4º Qudrnte - Gerdor A velocidde ument pouco com o binário motor 6 13

14 Ponto de funcionmento T Crcterístic do motor T em =T L N motor =N L Crcterístic d crg N 7 Vrição do ponto de funcionmento com crg T Crcterístic do motor Crcterístics d crg N 8 14

15 Motor série Fonte de Energi U E U f F A U T em Não sturd Sturd N T em N 9 Vrição do ponto de funcionmento com crg T Crcterístic do motor Crcterístics d crg N 30 15

16 Máquins de excitção compost T em TN 4 3 N NN Série - Adicionl 3 - Derivção 4 - Diferencil 1 75% N N Combinndo enrolmentos série e enrolmentos derivção é possível ter um máquin com diferentes crcterístics 31 Regulção de velocidde ω m U = r kφ Directmente proporcionl à tensão U Diminui com r nversmente proporcionl o fluxo de excitção φ 3 16

17 Wrd-Leonrd estático i f C D A i u ω m U kφ U Φ É necessário respeitr os vlores máximos ds grndezs: -U < U mx -f < f mx ou φ mx Zon de inário Máximo No Zon de Potênci Máxim N Zon de inário Máximo No Zon de Potênci Máxim N - < mx 33 Accionmento de um elevdor 34 17

18 Funcionmento nos 4 qudrntes φ > 0 U < 0 > 0 φ > 0 U < 0 < 0 T φ > 0 U > 0 > 0 ω φ > 0 m U > 0 < 0 Consider-se que o fluxo não é lterdo. Funcionmento motor no primeiro e terceiro qudrntes Funcionmento gerdor no segundo e qurto qudrntes Pode tmbém inverterse o fluxo, ms pr isso convém desligr máquin 35 Arrnque do motor série OFF ON R1 R R3 R4 E + Alimentção - F A ω = 0 E = 0 m rr = rr U = r > 5 1 N A1 A A3 A4 A5 150% n n M N 36 18

19 Arrnque motor derivção OFF + Alimentção R1 R R3 R4 ON C D A A1 A A3 A4 A5 00% N 1 3 M N N 37 lnço energético Potênci Eléctric de Entrd Perds de Excitção Potênci Eléctric entregue o induzido r Perds de Joule no induzido Potênci trnsformd em potênci mecânic P e =E Perds no ferro Perds mecânics Potênci mecânic ùtil 38 19

20 Dinâmic d máquin de excitção seprd di u = ri + L + kφωm dt dωm J = kφi Dωm Tutil dt di r kφ u i = L L + L d dt. ω m kφ D ωm T dt J J J util 39 Progrm em MtLb % DinDC u=30; r=0.14; L=0.0011;J=0.171;kfi=0.68;D=/366.5; A=[-r/L -kfi/l; kfi/j -D/J]; x=[0 0]';dt=0.0001;k=1; for t=0:dt:1 ift<0.5 Tutil=0; else Tutil=40; end U=[u/L -Tutil/J]'; T(k)=t;(k)=x(1);Wm(k)=x(); Xdot=A*x+U; x=x+xdot*dt; k=k+1; end subplot(,1,1);plot(t,);ylbel(' [A]'); subplot(,1,);plot(t,wm);ylbel('wm [rd/s]');xlbel('tempo [s]') 40 0

21 Arrnque em t=0, plicção de crg em t=0, [A] Wm [rd/s] tempo [s] 41 Motor série Universl - comstituição 4 1

22 Motor série universl [pu] T [pu] E [pu] Tem Tv tempo [s] No motor série não sturdo, o binário é proporcionl o qudrdo d corrente A forç electromotriz é proporcionl à corrente 43 Digrm vectoril V E R jωl A forç electromotriz E está em fse com A qued de tensão indutiv está em qudrtur com e E A tensão está em vnço em relção à corrente A máquin consome potênci rectiv 44

23 Crcterístics Considerndo o circuito mgnético liner A forç electromotriz e o binário serão determindos pel constnte k T, pel corrente e pel velocidde A impedânci equivlente é dependente de ω m E = kφω = k T V Z ω em m = = k = T ( k ω + R ) V = T = m T m V k T ( k ω + R) em T T ω m m X k T + X + X R k T 45 inário e velocidde em função d corrente V=30 V R=10 ohm X=40 ohm Kt=0,

24 Crcterístic electromecânic A curv vermelho refere-se à limentção em DC 47 Crcterístic electromecânic metde d tensão de limentção 48 4

25 FM 49 5