Fundamentos das Máquinas de

Corrente Contínua

Uma simples espira girando entre faces de pólos curvos

Regra da Mão Direita

F q v B

Regra da Mão Direita

Espira Rotativa Entre dois Pólos Curvos

movimento

Mão Esquerda

MOTOR

primeiro vetor

= campo

movimento

primeiro vetor

= campo

segundo vetor

= corrente

segundo vetor

= corrente

Mão Direita

GERADOR

e v B lF i l B

Linhas de Campo e Vista Superior

e v B l

Equações de Tensão Induzida (gerador)

F i l B

Tensão da Espira e Tensão Induzida

Tensão da Espira e Tensão Induzida

Obtendo uma Tensão CC da Espira Rotativa

e v B l

dce v B l

0ad

e

0cb

e

bae v B l

Tensão na Carga com Comutação

Torque Induzido em uma Espira Rotativa

0,5 m

0,3

120 V

1,0 m

0,25 T

B

r

R

V

l

B

F i l B

dcF i l B

0ad

F

0cb

F

baF i l B

Ex 8-1 – Chapman 2005

A Figura mostra uma espira girando entre as faces de dois pólos curvos conectada a uma bateria

e um resistor através de uma chave. O resistor mostrado modela a resistência da bateria e dos

condutores da máquina. As dimensões físicas e características desta máquina são:

a. O que acontece quando a chave é fechada?

b. Qual é a corrente máxima de partida da máquina? Qual a sua velocidade sem carga?

c. Suponha que uma carga seja adicionada na espira e que o torque desta carga seja 10 N-m.

Qual a nova velocidade de estado estacionário? Qual a potência fornecida ao eixo desta

máquina? Quanta potência está sendo fornecida pela bateria? Esta máquina é um motor ou

um gerador?

d. Tudo de novo com 7,5 Nm no mesmo sentido do movimento da máquina.

e. Suponha agora que a máquina seja descarregada. Qual a velocidade de estado

estacionário se a densidade de fluxo é reduzida para 0,20 T?

r = 0,5 m L=1,0 m

R = 0,3 B=0,25 T

VB = 120 V

Fundamentos das Máquinas de

Corrente Contínua

Comutação em uma máquina simples de 4 espiras

= 0o

e v B l

= 45o

e v B l

= 90o

e v B l

Diagrama dos Enrolamentos

Tensão Gerada 4 bobinas

Colocação das Bobinas do Rotor

Armaduras reais

Fundamentos das Máquinas de

Corrente Contínua

Comutação e construção da armadura em máquinas cc reais

Enrolamento Progressivo e Retrógrado

Inversão na rotação

Enrolamento Imbricado e Ondulado

Enrolamento Imbricado e Ondulado

Imbricado Simples e de Dupla Camada

Imbricado, simples, 2 pólos, progressivo

Imbricado, 4 pólos, progressivo

a m P

Imbricado, 4 pólos, progressivo [cont.]

Desgaste dos Rolamentos

Simulação

0V

V172.1Vdc

101.3A

V142.1Vdc

101.3A

R141m

101.3A

V242.1Vdc

101.3A

R27

1f194.5A

R201m

101.3A

R26

1f197.2A

R151m

101.3A

R91m

98.67AR51m

98.67A

V101.9Vdc

98.67A

R221m

101.3A

V121.9Vdc

98.67A

R171m

101.3A

V71.9Vdc

98.67A

R101m

98.67A

0

7.995V

V212.1Vdc

101.3A

R11m

98.67A

V162.1Vdc

101.3A

V41.9Vdc

98.67A

R25

1

7.995AV192.1Vdc

101.3A

V111.9Vdc

98.67A V232.1Vdc

101.3A

V11.9Vdc

98.67A

R161m

101.3A

7.995V

V222.1Vdc

101.3A

V51.9Vdc

98.67A

R81m

98.67A

R61m

98.67A

R121m

98.67A

R21m

98.67A

0V

V31.9Vdc

98.67A

V202.1Vdc

101.3A

V61.9Vdc

98.67A

R131m

101.3A

R31m

98.67AR231m

101.3A

R191m

101.3A

V81.9Vdc

98.67A

7.995V

R71m

98.67A

V182.1Vdc

101.3AR211m

101.3A

7.995V

R28

1f8.882A

V21.9Vdc

98.67A

R111m

98.67A

0V

V152.1Vdc

101.3A

V91.9Vdc

98.67A V132.1Vdc

101.3A

R41m

98.67AR241m

101.3A

R181m

101.3A

Barras de Equalização

Enrolamento Ondulado, 4 Pólos

2a m

Enrolamento Ondulado, 4 Pólos, Enrolamento

Progressivo [cont.]

2 1C

Cy

P

Ex 2-1 – Kosow 2005

a. Uma armadura com um enrolamento tríplex é usada numa máquina com 14 pólos e 14

conjuntos de escovas, cada uma abraçando três barras do comutador. Calcule o número de

caminhos na armadura (42 caminhos).

b. Repita a parte (a) para um enrolamento ondulado tríplex, tendo dois conjuntos de escovas e

14 pólos (6 caminhos).

a m P

2a m

Fundamentos das Máquinas de

Corrente Contínua

Problemas de comutação em máquinas CC reais

Problemas na Comutação

Reação de Armadura

Tensão de Reatância

Problemas na Comutacao (Reacao de Armadura)

Problemas na Comutação (Reação de Armadura)

Faíscas nas

escovas e entre

segmentos dos

comutadores

Enfraquecimento

do fluxo

gerador subtensão

motor sobrevelocidade

Problemas na Comutação (Reação de Armadura)

Problemas na Comutação (Reação de Armadura)

Tensão de Reatância

800 rpm

50 segmentos

0,0015 s

667 segmentos/s

400 A kA266,66 s0,0015 s

di

dt

Tensão de Reatância

Tensão de Reatância

Tensão de Reatância

Problemas na Comutação (L di/dt)

Soluções!

Deslocamento das Escovas

Deslocamento do Plano Neutro depende da carga

Aumenta (ainda mais) o Enfraquecimento do Fluxo

Usada até 1910

Interpólos

São colocados diretamente sobre os condutores a serem

comutados

A Reação de armadura não é afetada

Enrolamentos de Compensação

Deslocamento das Escovas

Interpólos

Qual a Polaridade que os Interpólos devem ter?

Enrolamentos de Compensação

Enrolamentos de Compensação

Fundamentos das Máquinas de

Corrente Contínua

Equações de tensão e torque induzidos em máquinas CC reais

Tensão Gerada em Máquinas CC Reais

ind

A

A

e v B l

Z v B lE

a

Z r B lE

a

2

2 2

P

P

P

B A

r lA

P

B r l r l BB A

P P

2

2A

K

Z r B l Z r l BE K

a a

P

P

Torque Induzido em Máquinas CC Reais

Acond

Acond

Aind

II

a

Ir l B

a

Z r l B I

a

2 2

2

P

ind A A

B r l r l BB A

P PZ P

I K Ia

Ex 8-3 – Chapman 2005

Uma armadura imbricada duplex é usada em uma máquina CC de 6 pólos, com seis

conjuntos de escovas, cada uma deslizado sobre dois segmentos de comutador. Há

72 bobinas na armadura, cada uma contendo 12 espiras. O fluxo por pólo na máquina

é de 0,039 Wb, a máquina rotaciona a 400 rpm.

a. Quantos caminhos de corrente existem nesta máquina? (12 caminhos)

b. Qual a tensão induzida na armadura? (224,6 V)

Ex 8-4 – Chapman 2005

Um gerador CC de 12 polos tem enrolamento de armadura simplex ondulado

contendo 144 bobinas de 10 espiras cada. A resistência de cada espira é 0,011 .

Seu fluxo por pólo é de 0,05 Wb e sua rotação de 200 rpm.

a. Quantos caminhos de corrente existem nesta máquina?

b. Qual a tensão induzida na armadura?

c. Qual a resistência de armadura efetiva?

d. Se um resistor de 1 k for conectado aos terminais deste gerador, qual o contra-

torque induzido no eixo desta máquina?

Fundamentos das Máquinas de

Corrente Contínua

Construção das máquinas CC reais

Construção de uma Máquina CC

4000 hp, 700 V, 18 pólos, com Interpólos e

Enrolamentos de Compensação

Motor menor, 4 pólos, com Interpólos

Pólo de uma Máquina CC

Pontas dos Pólos

Chanfro ou excêntrico para

reduzir o efeito da reação de

armadura

Rotor de uma Grande Máquina CC

Detalhe do conjunto de Escovas

Fundamentos das Máquinas de

Corrente Contínua

Fluxo de potência e perdas em máquinas CC

Classes de Isolamento

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

A E B F H

40 40 40 40 40

6075 80

105

1255

510

10

15

Tem

pe

ratu

ra A

dm

issí

vel

Classe de Isolamento

Diferença entre o ponto mais qunte e a temperatura média

Elevação de Temperatura

Temperatura Ambiente

Perdas em Máquinas CC

in appP

in T LP V I

out T LP V I

out appP

A A ind mE I

ind m A AE I