Aula 31 - Energização de motor corrente contínua composto - Compound

Figura 01 - Motor CC

Os motores de corrente contínua surgiram como uma forma de solucionar os problemas onde há a necessidade de controle e variação de velocidade e torque em máquinas elétricas acionantes, pois sua velocidade pode ser continuamente alterada mediante a variação da tensão de alimentação. Além disso, os motores CC apresentam torque constante em toda a faixa de velocidade. O motor de corrente contínua é constituído de: Estator e Rotor.

Partes Constituintes – Estator:  

1 - Carcaça que é a estrutura que suporta todas as demais partes. Também tem por função conduzir o fluxo magnético de um pólo ao outro. 

2 - Pólos de Excitação Principal: constitui um núcleo magnético formado por um conjunto de chapas laminadas. Têm por função produzir o fluxo magnético. As suas extremidades são mais largas e constituem as sapatas polares; 

Figura 02 - Partes do Motor CC

3 - Enrolamento principal de campo: o enrolamento principal de campo é bobinado sobre o pólo de excitação principal. É alimentada em corrente contínua e estabelece assim um campo magnético contínuo no tempo;
4 - Enrolamento auxiliar de campo: igualmente alojado sobre o pólo principal. Tem por função compensar a reação da armadura reforçando o campo principal; 

5 - Pólos de Comutação: são alojados na região entre os pólos e constituídos por um conjunto de chapas laminadas justapostas;  

6 - Enrolamentos de Comutação: são percorridos pela corrente de armadura, sendo ligados em série com este. Têm por função facilitar a comutação e evitar o aparecimento de centelhamento no comutador, 

7 - Enrolamento de Compensação: são alojados em ranhuras na superfície dos pólos de excitação (sapatas polares). Têm por finalidade eliminar os efeitos do campo da armadura e melhorar a comutação. É mais comum em máquinas de alta potência, devido ao custo adicional de fabricação e dos materiais;

8 - Conjunto Porta-Escovas: o porta-escovas é a estrutura mecânica que aloja as escovas. É montado de tal forma que possa ser girado para um perfeito ajuste da comutação da máquina e as escovas são constituídas de material condutor e deslizam sobre o comutador quando este gira; elas são pressionadas por molas contra a superfície do comutador. As escovas também conectam o circuito externo da máquina com o enrolamento da armadura.
Partes Constituintes – Rotor

Figura 03 - Enrolamentos Motor CC

9 - Núcleo Magnético: é constituído de um pacote de chapas de aço magnético laminadas, com ranhuras axiais para alojar o enrolamento da armadura;

10 - Enrolamento da Armadura: é composto de um grande número de espiras em série ligadas ao comutador. O giro da armadura faz com que seja induzida uma tensão neste enrolamento;

11 - Comutador: é constituído de lâminas de cobre (lamelas) isoladas umas das outras por meio de lâminas de mica (material isolante). Tem por função transformar a tensão alternada induzida numa tensão contínua; 

12 - Eixo: é o elemento que transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor a uma carga a ele acoplada.
Enrolamentos do Motor de Corrente Contínua
O enrolamento do rotor denomina-se armadura cujas bobinas com terminais 1 e 2 serão alimentadas através das escovas e comutador e produzirão o campo magnético que irá reagir com o campo magnético do estator, criando torque e movimento, e geralmente é constituído por fios de seção maior.

Figura 04 - Funcionamento Motor CC

O estator é formado por um ou mais enrolamentos. O enrolamento Shunt do estator com terminais 5 e 6 é formado por muitas espiras de fio de menor seção. O enrolamento Série do estator com terminais 3 e 4 é formado por poucas espiras de fio de seção maior. O enrolamento do estator é denominado enrolamento de campo ou enrolamento de excitação.
O enrolamento série pode conter um ou mais pólos, os pólos do estator são sempre salientes, de chapa de ferro silício. O estator pode abrigar 2, 4, 6 ou mais pólos, que vão interferir na velocidade máxima do motor.
O conjunto comutador/escovas, que constitui a parte frágil dos motores de corrente contínua, para haver uma boa comutação, além de escovas adequadas, pressão de contato correto, porta escovas adequados, é necessária uma manutenção constante e especializada. No motor de corrente contínua a linha neutra é o ponto de ajuste ideal para a posição das escovas. Esta posição corresponde ao ponto em que as bobinas do rotor estão perpendicularmente posicionadas em relação ao campo fixo do estator; quando não há tensão induzida na bobina, este é o melhor instante para ocorrer a comutação.

Figura 05 - Bobinas Motor CC

Funcionamento de um motor DC
Uma vez que as correntes elétricas produzem campos magnéticos, a bobina, parte do rotor, quando energizada, se comporta como um ímã, criando um campo magnético Norte e um Sul, no rotor. Como os polos opostos se atraem, a bobina gera um torque sobre o rotor que se movimentará no sentido anti-horário, conforme se observa nos itens a e b da figura. Assim, o polo Norte do imã inferior ficará alinhado ao polo Sul da bobina (rotor). Quando a bobina girar 90 graus (item c da figura), não haverá mais torque. Nesse instante ocorrerá a inversão do sentido da corrente na bobina (rotor). Então a bobina continuará girando no sentido anti-horário até que seu polo Norte fique alinhado com o polo Sul do imã, fechando, assim, um ciclo completo de 360 graus e invertendo novamente o sentido de giro da corrente da bobina (item d da figura 05).

Figura 06 -Diagrama Elétrico 
para energização do Motor CC Compound

Controle de velocidade no motor DC
O controle de velocidade de rotação de um motor DC é diretamente proporcional à tensão e à corrente aplicadas aos terminais de alimentação. Quanto maior a tensão aplicada, maior a corrente e, consequentemente, maior a velocidade e o torque do motor.
O Motor de Corrente Contínua Composto se enquadra na categoria de motores de rotor bobinado, e é composto de bobinas de campo série S1 e S2; de bobinas de campo shunt de F1 F2 ligados ao enrolamento da armadura A1 e A2, como mostrado na a figura 06.

Manual do Motor de Corrente Contínua Motron disponível em: 24_10_01 Motor de Corrente Contínua Motron 1CV .

Diagrama elétrico para energização do Motor de Corrente Contínua Compound: 16_04_24_DM_Motor de Corrente Contínua_Compound .

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/04/2016.

Aula 30 - Energização de motor de indução com rotor bobinado

O Motor de Indução Trifásico com rotor bobinado difere do motor de rotor em gaiola de esquilo apenas quanto ao rotor, constituído por um núcleo ferromagnético laminado sobre o qual são alojadas as espiras que constituem o enrolamento trifásico, geralmente em estrela. 

O três terminais livres de cada uma das bobinas do enrolamento trifásico são ligados a três anéis de deslizamento de escovas colocados no eixo do rotor e por meio de escovas de grafite estacionadas no estator. Esses três anéis são ligados exteriormente a um reostato de partida constituído por três resistências variáveis, ligadas também em estrela. Desse modo, os enrolamentos do rotor também ficam em circuito fechado. A função do reostato de partida, ligado aos enrolamentos do rotor, é reduzir as correntes de partida elevadas, no caso de motores de elevada potência. A medida que o motor ganha velocidade, as resistências são, progressivamente, retiradas do circuito até ficarem curto-circuitadas (retiradas), quando o motor passa a funcionar no seu regime nominal. 

O motor de rotor bobinado também funciona com os elementos do rotor em curto-circuito (tal como o motor de rotor em gaiola de esquilo), quando atinge o seu regime nominal. 

O motor de indução de rotor bobinado substitui o de rotor em gaiola de esquilo em potências muito elevadas devido ao abaixamento da corrente de partida permitido pela configuração do rotor. Os motores de indução de rotores bobinados são muito empregados quando se necessita de partida a tensão plena de armadura, com grande conjugado de partida e corrente de linha moderada na partida. 

Por intermédio do dimensionamento, os resistores do reostato fazem o motor trabalhar com escorregamento muito maior que o convencional (> 5%), fazendo com que se consiga um conjugado de partida maior.

Esse  tipo  de  motor  pode  ser  usado  também  em  máquinas  que necessitam  de  controle  de rotação,  pois,  conforme  se  retira  ou  insere resistência ao rotor, sua velocidade varia. 

Nesta situação  deve-se  compensar  a  carga  no  motor  para  evitar  o sobreaquecimento, já que a auto-refrigeração diminui. O valor das resistências de partida, bem como suas potências, deve ser dimensionado especificamente para cada motor conforme as necessidades de torque na partida. Na placa de identificação pode-se ver a tensão e a corrente do rotor, valores que servirão de bases para cálculos.  O  comando  dos  circuitos  para  a  instalação  desses  motores  deve  ser  projetado para que o motor não dê partida se as resistências não estiverem na posição exata (máxima resistência), para evitar o uso incorreto.  Estes  motores  são  mais  caros  que  os  de  rotor  em  curto,  e  exigem maiores  cuidados  de  manutenção.  Os  inversores  de  freqüência  e  os  soft-starters têm tomado o mercado deles.

Manual do Motor de Rotor Bobinado Motron disponível em: 24_10_01 Motor de Rotor Bobinado Motron 1CV .

Diagrama elétrico disponível em Motor Trifásico de Rotor Bobinado: 16_04_05 Motor Trifásico de Rotor bobinado ;

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Ultima atualização: 05/04/2016

Aula 29 - Energização de motor Dahlander

Figura 01 - Diagrama de motor Dahlander.

Os motores assíncronos em corrente alternada tem a sua operação na produção de um campo magnético rotativo produzido pelos três bobinas fixas com um desfasamento de 120° e correntes alternadas com o mesmo ângulo de fase elétrica. A velocidade do motor não depende do valor da tensão, mas o valor da frequência da rede de energia AC e o número de pares de pólos magnéticos da máquina, conforme fórmula abaixo, onde: N : Velocidade em rotações por minuto (rpm); f : frequência em Hz; e p : Número de pares de pólos.
Deduz se, portanto, que as técnicas mais significativas para variar a velocidade de um motor de indução em um ponto envolve a modificação do número de pólos que têm a máquina ou alterar o valor da frequência. 
Quanto a sistemas para variar a velocidade de agir sobre o número de pólos do motor incluem: Os motor de enrolamentos independentes e o motor Dahlander ou a modificação da frequência da rede elétrica com uso de conversores de frequência.

Figura 02 - Polos consequentes e ativos
em motor Dahlander

Motor de indução trifásico Dahlander
O Motor de indução Dahlander proporciona velocidades diferentes em um mesmo eixo. Na grande maioria, são para apenas um valor de tensão, pois as religações disponíveis geralmente permitem apenas a troca das velocidades. A potência e a corrente para cada rotação são diferentes. 

Este é  um  motor  com  enrolamento  especial  que  pode  receber  dois  fechamentos  diferentes,  de  forma  a  alterar  a  quantidade  de  pólos, proporcionando,  assim,  duas  velocidades  distintas,  mas  sempre  com  relação 1:2. Exemplos: 4/2 pólos (1800/3600 rpm); 8/4 (900/1800 rpm).

F1 - Velocidade 
síncrona 
de motor

A ligação Dahlander permite uma relação de pólos de 1:2 o que corresponde a mesma relação de velocidade. Quando a quantidade de pólos é maior a velocidade é mais baixa, quando é menor a velocidade é mais alta. Isso decorre da Formula : n = 120 x f x (1-s) / p, quando a freqüência é 60 Hz, onde n = velocidade , p o número de pólos, s = escorregamento e f a freqüência.

Diagrama Elétrico de Motor Dahlander D / YY Manual: 16_04_27 Dahlander D/YY Manual .


© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Ultima atualização: 02/09/2016

Aula 28 - Energização de motor de duplo enrolamento

Figura 01 - Diagrama de Motor
com enrolamentos separados.

Baseado em que a rotação de um motor elétrico (rotor gaiola) depende do número de pólos magnéticos formados internamente em seu estator, o motor de enrolamentos separados possui na mesma carcaça dois enrolamentos independentes e bobinados com números de pólos diferentes. Ao alimentar um ou outro, se terá duas rotações, uma chamada baixa e outra, alta.

Motor com enrolamentos independentes consiste em dois estatores enrolamentos eletricamente independentes e normalmente conectados em estrela, sem conexão comum com ambos os enrolamentos.

Cada um dos enrolamentos do motor foi construído para uma determinada velocidade, e podem ser utilizados separadamente, conforme necessário.

Motor de indução trifásico com Enrolamentos Separados (Duplo Bobinado)

As rotações dependerão dos dados construtivos do motor, não havendo relação obrigatória entre baixa e alta velocidade. Exemplos: 6/4 pólos (1200 /1800 rpm); 12/4 pólos (600/1800 rpm).

Ao alimentar uma das rotações, deve-se ter o cuidado de que a outra esteja completamente desligada, isolada e com o circuito aberto, pelos seguinte motivos: não há possibilidade de o motor girar em duas rotações simultaneamente; nos terminais não conectados à rede haverá tensão induzida gerada pela bobina que está conectada.

Caso circule corrente no enrolamento que não está sendo alimentado surgirá um campo magnético que interferirá com o campo do enrolamento alimentado; não é interessante que circule corrente no bobinado que não está sendo utilizado, tanto por questões técnicas como econômicas (consumo de energia).
Essas são as razões pela quais os enrolamentos destes motores são fechados internamente em estrela (Y).

Manual de motores Voges disponível em: 21_08_01 Manual de motores Voges.

Diagrama elétrico com Disjuntor Motor de Motor Trifásico de dois bobinados disponível em : 16_04_10 Motor Trifásico de duplo bobinados ;

Diagrama elétrico com chave eletromecânica de Motor Trifásico de dois bobinados disponível : 19_08_01 Chave Eletromecânica - Dois Bobinados.

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Ultima atualização: 02/04/2016