MÁQUINAS ELÉCTRICAS II
++ 1999 / 2000 ++
SEE
FEUP
LEEC
TLME-2.4
Motor Eléctrico de Corrente Contínua — variação de velocidade
1.
Introdução
A velocidade de um motor eléctrico de corrente contínua é proporcional à força electromotriz e ao inverso
do fluxo magnético por polo:
n = k1·E·(1/φ(i))
ou n = k1·(U – (RI+Rt)·I)·(1/φ(i))
Por isso, pode-se produzir a variação da velocidade de um motor de corrente contínua por:
– alteração do fluxo magnético indutor através da variação da corrente de excitação;
– alteração da resistência externa do circuito induzido da máquina Rt;
– alteração da tensão de alimentação U.
Um caso de variação da velocidade do motor de corrente contínua por alteração da tensão de alimentação é
a montagem Ward–Leonard (1896). Um grupo de máquinas numa montagem Ward–Leonard é constituído
por um motor (térmico ou eléctrico) {máquina primária}, que fornece energia mecânica a um gerador de corrente
contínua e eventualmente a uma excitatriz. O induzido do gerador de corrente contínua está directamente
ligado ao induzido de um (ou mais) motor eléctrico de corrente contínua, que irá ser controlado por actuação
na corrente de excitação do gerador de corrente contínua.
Desta forma consegue-se que um sinal de fraca potência (as grandezas eléctricas de excitação) provoque uma
acção de controlo sobre uma máquina com uma potência muito maior (efeito amplificador).
Com estes sistema é possível explorar sem perdas de energia importantes (os reóstatos de excitação actuam com
correntes relativamente fracas) a variação de velocidade de um motor de excitação separada em função da
tensão de alimentação. O sistema permite obter uma gama de variação da velocidade numa razão de 1
para 10, nos dois sentidos de rotação, com um elevado binário útil. Ainda se pode alterar a velocidade do
motor variando a sua corrente de excitação (enfraquecimento do campo magnético). Com as duas actuações
conjuntas pode-se alterar a gama de variação da velocidade para uma razão de 1 a 20 ou a 30.
Variação da velocidade com a tensão de alimentação do motor
Este tipo de regulação é essencialmente feito actuando na excitação do gerador
(mediante um reóstato apropriado), embora também se possa efectuar actuando na
velocidade do gerador: Eg = k·ng·φ.
n = k1·(U – (RI+R t)·I)·(1/φ(i))
O limite inferior a este tipo de variação da velocidade é imposto pelo fluxo
remanente do gerador. O limite superior é dado pela largura do ciclo histerético
do material ferromagnético que pode dar origem a uma imprecisão no valor da
força electromotriz correspondente a uma determinada excitação.
Variação da velocidade com a intensidade da corrente de excitação do motor
A actuação sobre a excitação do motor faz variar a sua a sua velocidade,
n = k1·(U – (RI+Rt)·I)·(1/φ(i))
Quando a excitação é máxima a velocidade é mínima; surge um limite provocado
pela saturação do circuito magnético do motor.
Quando a excitação é mínima a velocidade é máxima; mas a diminuição da excitação
(φ) provoca uma diminuição do binário electromagnético T = k2·φ·I, que não se
pode tornar inferior ao binário resistente imposto pela carga mecânica.
Reversibilidade de funcionamento do motor
© Manuel Vaz Guedes, 1994
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Se o binário resistente imposto pela carga altrapassar o valor do binário motor
desenvolvido pelo motor a máquina acelera e se a velocidade que atinge,
conjungada com o valor da excitação provocarem a indução de uma força
electromotriz superior à tensão nos terminais do gerador, o motor eléctrico passa
a funcionar como gerador; se existir um sistema adequado poderá ser devolvida
energia eléctrica à rede…
2.
Objectivos
Os objectivos deste trabalho de Laboratório são a realização de uma montagen complexa de máquinas
eléctricas, a observação do funcionamento de um motor derivação de corrente contínua e de um motor com
excitação separada, e a aplicação de conceitos de controlo de movimento de máquinas eléctricas.
3.
Elementos de Consulta na Biblioteca
M. Kostenko L. Piotrosvky; “Máquinas Eléctricas”, Vol. 1
M. G. Say E. O. Taylor; “Direct Current Machines”, Pitman, 1980
Ver os apêndices: “Máquinas de Corrente Contínua
“Símbolos para Grandezas e Unidades”
4.
4.1.
—
de
arranque”;
Trabalho a Efectuar
Material Necessário
– Grupo motor–gerador–motor (Maq. 22–23–21)
– Um reóstato líquido
– Um voltímetro CC
4.2.
reóstato
– Um taquímetro
– Dois amperímetros CC
Variação de Velocidade
Montagem a realizar (montagem Ward–Leonard)
A
Ra
110 V–
M
G
22
23
M
V
21
A
C
P
D
N
√
110 V–
Modo de proceder
–
Realizar a montagem.
☎
Chamar o docente para verificação
▲ Provocar o arranque do motor derivação (maq. 22)
—
observar a actuação do respectivo reóstato de arranque
Variação da velocidade com a tensão de alimentação do motor
❇ Verificar a variação da velocidade com a corrente de excitação do motor
derivação (máquina primária)
–
Actuar no reóstato de excitação, para variar a corrente de excitação, obtendo
valores escalonados
–
Para cada valor da corrente de excitação (maq. 22) ler o respectivo valor da
velocidade
✍ Formar o quadro n(im).
© Manuel Vaz Guedes, 1994
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–
❇
manter o motor derivação a rodar à velocidade nominal do gerador (maq. 23)
Actuar sobre a excitação do gerador para observar o efeito da variação sobre a
velocidade e o sentido de rotação do motor de excitação separada (maq. 21)
! ! ! Atenção à utilização dos aparelhos de medida
–
Para cada valor da tensão nos terminais do gerador (maq. 23) ler o valor da
velocidade do motor de excitação separada (maq. 21)
✍ Formar o quadro n(U)
Variação da velocidade com a excitação do motor
❇❇ Actuar sobre a excitação do motor de excitação separada (maq. 21) para observar
o efeito dessa variação sobre a velocidade, mantendo constante a tensão de s a í d a
do gerador
!!
Atenção à utilização dos aparelhos de medida
–
Para o valor nominal da tensão nos terminais do gerador (maq. 23) ler o valor da
velocidade do motor de excitação separada para cada valor da respectiva
corrente de excitação (maq. 21)
✍ Formar o quadro n(iM)
Verificar o comportamento do sistema a uma variação brusca (escalão) da tensão
de excitação do gerador.
▲ Desligar a excitação do dínamo e a alimentação do motor.
5.
Interpretação dos Resultados
• Traçar as curvas características nder(i), n(U), nsep(i). Justificar o seu andamento.
• Desenhar um esquema simples de frenagem reostática do motor de excitação separada
utilizando um reóstato líquido.
6.
Temas de Desenvolvimento
A
De que grandezas eléctricas e mecânicas depende o valor da corrente eléctrica na malha
gerador–motor. Justifique.
B
Apresentar um diagrama de blocos que traduza as funções de cada uma das máquinas
neste sistema de controlo. Apresente as respectivas funções de transferência.
C
Desenhar um esquema eléctrico que traduza as modificações a efectuar no esquema base
de forma a assegurar um funcionamento do motor de excitação separada com uma
velocidade constante, independentemente das perturbações que possam surgir.
Acompanhar o desenho de uma memória descritiva.
— T LM E2 . 4 —
P
N
C
D
reóstato
© Manuel Vaz Guedes, 1994
de
excitação
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