Conversão de Energia I

Aula 4.4

Departamento de Engenharia Elétrica

Aula 4.4

Máquinas de Corrente Contínua

Prof. Clodomiro Unsihuay Vila

Bibliografia

FITZGERALD, A. E., KINGSLEY Jr. C. E UMANS, S. D. Máquinas Elétricas:com Introdução à Eletrônica De Potência. 6ª Edição, Bookman, 2006.Capítulo 7 – Máquinas CC

KOSOW, I. Máquinas Elétricas e Transformadores. Editora Globo. 1986.

Capítulo 3 – Relação de Tensão nas Máquinas CC –Geradores CC

TORO, V. Del, MARTINS, O. A. Fundamentos de Máquinas

Conversão de Energia I

TORO, V. Del, MARTINS, O. A. Fundamentos de MáquinasElétricas. LTC, 1999. Capítulo 7 – Geradores de Corrente Contínua;

Bim, Edson. Máquinas Elétricas e Acionamento. Editora Elsevier, 2009.

Capítulo 7 – Regime permanente de máquinas de corrente contínua

Reação da armadura

• É um fenômeno que ocorre quando a máquina CC alimenta uma carga conectada em seus terminais.

• A Reação da Armadura pode ser explicada peladistorção do fluxo principal, produzido nos pólos damáquina CC, pelo fluxo produzido pela corrente demáquina CC, pelo fluxo produzido pela corrente decarga que circula pela armadura (ROTOR) da máquina

CC.• Problemas provocados:

– 1. Deslocamento do plano magnético neutro (PMN) ou LGN.

– 2. Enfraquecimento do fluxo principal da máquina.

Efeito da Fmm da armadura

Quando a corrente de armadura é zero a corrente de campo estabelece ofluxo resultante na máquina.

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Efeito da Fmm da armadura

Quando uma corrente circula pelo enrolamento de armadura, a distribuiçãooriginal de fluxo na máquina é alterada. O fluxo produzido pela armadura seopõe ao fluxo produzido pelo enrolamento de campo em uma metade depólo e se soma ao fluxo produzido pelo enrolamento de campo na outrametade deste mesmo pólo.

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Efeito da Fmm da armadura

O fluxo produzido pela armadura se opõe ao fluxo produzido peloenrolamento de campo em uma metade de pólo e se soma ao fluxoproduzido pelo enrolamento de campo na outra metade deste mesmo pólo.

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Efeito da Fmm da armadura

A densidade de fluxoresultante é a soma do fluxogerado pelo enrolamento decampo e o produzido peloenrolamento de armadura.

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Efeito da Fmm da armadura

Dessa forma a comutação entre as espiras não ocorre sob tensão nula, oque pode vir a danificar o gerador ou motor.

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A reação da armadura provoca um deslocamento do ponto de fluxo zero,além de distorcer a forma de onda do fluxo no entreferro.

Soluções para os problemas de comutação

• Três alternativas básicas foram desenvolvidas para corrigir ou resolver parcialmente os problemas provocados pela REAÇÃO da ARMADURA nas máquinas CC:

• 1. Deslocamento das escovas de carvão;• 2. Colocação de INTERPÓLOS ou pólos de• COMUTAÇÃO;• 3. Uso de enrolamentos COMPENSADORES

Enrolamento de InterpoloComo ambas a Fmm de armadura e a tensão de reatância sãoproporcionais à corrente de armadura, o enrolamento de comutação(interpolo) deve ser conectado em série com o enrolamento de armadura.

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Enrolamentos COMPENSADORESA reação de aramadura pode ser consideravelmente abrandado pelacompensação ou neutralização da Fmm de armadura debaixo das facespolares. Tal compensação pode ser conseguida por meio de umenrolamento de compensação ou de face polar alojado em ranhuraspresentes na face do pólo e com uma face oposta à do enrolamento dearmadura vizinho.

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ComutaçãoO enrolamento de campo de compensação também deve conduzir acorrente de armadura, visto que a reação de armadura aumenta com acarga (corrente de armadura).

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Comutação

Dispositivos presentes para melhorar a comutação e evitar sobre tensão nabobina.

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Operação das máquinas CC

Variação da tensão terminal do gerador em função da corrente de carga.

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Tensão terminal do gerador em função da corrente de carga

Gerador com excitação independente

Exercício (1)

a) Negligenciando a reação de armadura. Determine a tensão terminalpara corrente nominal; (Vt = 88 [V])b) Considerando que a reação de armadura para carga nominal é

Um gerador CC em condições nominais fornece uma corrente de armadurade 120 [A] quando operando em 1000 [rpm]. Esse gerador tem umaresistência de armadura Ra=0,1[Ω], a resistência do enrolamento de campoRfw=80 [Ω], e Nf = 1200 espiras por pólo. A corrente de campo nominal é 1[A]. As características de magnetização para 1000 [rpm] é apresentadaabaixo. A máquina está operando com excitação de campo independente,sendo a velocidade de rotação do gerador CC de 1000 [rpm].

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b) Considerando que a reação de armadura para carga nominal éequivalente 0,06 ampères da corrente de campo.b.1) Determine a tensão terminal quando operando com correntenominal; (Vt = 86 [V])b.2) Determine a corrente de campo requerida para produzir uma tensãoterminal de 100 [V], quando operando com corrente nominal.(If = 1,46 [A])Obs. Considerar condições nominais aplicadas a armadura.

Exercício

Um gerador CC em condições nominais fornece uma corrente de armadurade 120 [A] quando operando em 1000 [rpm]. Esse gerador tem umaresistência de armadura Ra=0,1[Ω], a resistência do enrolamento de campoRfw=80 [Ω], e Nf = 1200 espiras por pólo. A corrente de campo nominal é 1[A]. As características de magnetização para 1000 [rpm] é apresentadaabaixo. A máquina está operando com excitação de campo independente,sendo a velocidade de rotação do gerador CC de 1000 [rpm].

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Exercício

a) Negligenciando a reação de armadura. Determine a tensão terminalpara corrente nominal;

Um gerador CC em condições nominais fornece uma corrente de armadurade 120 [A] quando operando em 1000 [rpm]. Esse gerador tem umaresistência de armadura Ra=0,1[Ω], a resistência do enrolamento de campoRfw=80 [Ω], e Nf = 1200 espiras por pólo. A corrente de campo nominal é 1[A]. As características de magnetização para 1000 [rpm] é apresentadaabaixo. A máquina está operando com excitação de campo independente,sendo a velocidade de rotação do gerador CC de 1000 [rpm].

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aaat IREV ⋅−= ][881,0120100 V=⋅−=

Exercício

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Exercício

b) Considerando que a reação de armadura para carga nominal éequivalente 0,06 ampères da corrente de campo.b.1) Determine a tensão terminal quando operando com corrente

Um gerador CC em condições nominais fornece uma corrente de armadurade 120 [A] quando operando em 1000 [rpm]. Esse gerador tem umaresistência de armadura Ra=0,1[Ω], a resistência do enrolamento de campoRfw=80 [Ω], e Nf = 1200 espiras por pólo. A corrente de campo nominal é 1[A]. As características de magnetização para 1000 [rpm] é apresentadaabaixo. A máquina está operando com excitação de campo independente,sendo a velocidade de rotação do gerador CC de 1000 [rpm].

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b.1) Determine a tensão terminal quando operando com correntenominal;

armaduradereaçãofefetivaf III −=)( ][94,006,01 A=−=

Para essa corrente de campo tem-se a seguinte tensão induzidaEa = 98V (dado retirado da curva de magnetização desse gerador)

aaat IREV ⋅−= ][861,012098 V=⋅−=

Exercício

b) Considerando que a reação de armadura para carga nominal éequivalente 0,06 ampères da corrente de campo.b.2) Determine a corrente de campo requerida para produzir uma tensão

Um gerador CC em condições nominais fornece uma corrente de armadurade 120 [A] quando operando em 1000 [rpm]. Esse gerador tem umaresistência de armadura Ra=0,1[Ω], a resistência do enrolamento de campoRfw=80 [Ω], e Nf = 1200 espiras por pólo. A corrente de campo nominal é 1[A]. As características de magnetização para 1000 [rpm] é apresentadaabaixo. A máquina está operando com excitação de campo independente,sendo a velocidade de rotação do gerador CC de 1000 [rpm].

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b.2) Determine a corrente de campo requerida para produzir uma tensãoterminal de 100 [V], quando operando com corrente nominal.

aata IRVE ⋅+= ][1121,0120100 V=⋅+=

Na curva de magnetização encontra o valor de corrente de camponecessária para produzir a tensão de armadura de 112 [V].

][4,1)( AI efetivaf =

Exercício

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Exercício

b) Considerando que a reação de armadura para corrente nominal éequivalente 0,06 ampères da corrente de campo.

Um gerador CC em condições nominais fornece uma corrente de armadurade 120 [A] quando operando em 1000 [rpm]. Esse gerador tem umaresistência de armadura Ra=0,1[Ω], a resistência do enrolamento de campoRfw=80 [Ω], e Nf = 1200 espiras por pólo. A corrente de campo nominal é 1[A]. As características de magnetização para 1000 [rpm] é apresentadaabaixo. A máquina está operando com excitação de campo independente,sendo a velocidade de rotação do gerador CC de 1000 [rpm].

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equivalente 0,06 ampères da corrente de campo.b.2) Determine a corrente de campo requerida para produzir uma tensãoterminal de 100 [V], quando operando com corrente nominal.

Considerando o efeito da armadura a corrente real no enrolamento decampo terá que ser:

armaduradereaçãoefetivaff III += )( ][46,106,04,1 A=+=

Motores de Corrente Contínua com Excitação Paralela

Determinação da velocidade de rotação do motor

RRR

V

R

VI

IRIVIE

Ia

PZIRRV

atctw

tm

a

ta

aamftmfa

f

picoa

ftctwt

af

f

afaf

af

);5()(

G

:(4) em substituir e (1) emI doExplicitan

)4(G);3(G

)2(1

2G);1()(

+−=

+==

=+=

ω

ωω

φπ

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TV

RRRR

IIT

RRRR

t

tctwtctw

af

atctwa

22

af

2

af

m

af

G

)(

G

:(6) em (5) e (1) oSubtituind

)6(G

)(

+−

+=

=

+

ω

Motores de Corrente Contínua com Excitação Série

Exercício 2

• Um motor de corrente contínua com excitação paralela tem osseguintes dados nominais disponíveis: Pn = 50 kW, 970 rpm e Vt =440 V , Ia = 127,5 A, e resistência total de campo (Rfw+Rfc)= 147 Ω

e de armadura e Ra = 0, 075 Ω, respectivamente. Determinar nascondições nominais: (a) a tensão elétrica gerada na armadura; (b) apotência eletromecânica desenvolvida; (c) a corrente de campo; (d)potência eletromecânica desenvolvida; (c) a corrente de campo; (d)a potência de entrada e a eficiência ; (e) as perdas nas resistênciasde armadura e de campo; (f ) as perdas rotacionais (g)torqueeletromecânico desenvolvido e o torque de perdas; (h) torque desaída.