Dc machinary fundamentals
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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