INTRODUÇÃO
Os motores de corrente contínua tem este nome exatamente por serem alimentados em corrente contínua. Esta alimentação tem a finalidade de energizar os enrolamentos do moto motor, r, de dest staa form formaa cria criand ndoo os pó pólo loss elet eletro roma magn gnét étic icos os qu quee cria criarã rãoo os campos magnéticos, responsáveis pelo movimento giratório do motor. Uma das principais aplicações do motor CC está relacionada com o controle de sua velocidade e o preciso controle do torque desenvolvido pelo motor. Isto é, motor CC é uma boa escolha quando se necessita controlar o torque do motor, mesmo quando se varia a sua velocidade. 1 – PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
O motor CC é constituído de três componentes básicos: bobina da armadura, campo magnético fixo e comutador. Observando a Figura 2, verifica-se que a bobina está paralela ao campo magnético fixo, criado pelos imãs permanentes, e é completamente envolvida por este campo. A bobina também está sendo alimentada através do comutador, com a polaridade mostrada. Sabe-se que uma espira percorrida por uma uma corrente elétrica faz surgir um campo magnético ao seu redor. Este último campo reagirá com o primeiro e, pela “regra da mão direita”, tem-se o dedo indicador representado o sentido da corrente, o polegar definindo a direção do movimento e os demais dedos o sentido do fluxo magnético existente no motor. Após o início do movimento, conforme a Figura 1, a bobina girou no sentido determinado e está em uma posição que proporciona pouco envolvimento da bobina e, consequentemente, do campo magnético ao seu redor com o campo magnético fixo, resultando em muito pouca interação entre ambos. Neste ponto, o motor ainda continua a girar pela grande força gerada no estágio inicial, mostrado na Figura 1. O movimento da bobina continua até atingir a posição mostrada na Figura 3. Note que a posição da bobina é a mesma que na Figura 1, mudando apenas a polaridade da tensão aplicada à bobina, isto pode ser verificado observando-se a marcação feita no comutador – 1, 2. Neste ponto se comprova o funcionamento do comutador. Sua função é manter a corrente circulando sempre no mesmo sentido. Na Figura 2 observa-se que o comutador inverteu os terminais da bobina, fazendo com que o pólo positivo da fonte fosse aplicado no terminal superior como na posição 01. Desta forma a posição 01 se repete, mantendo o sentido de giro do motor. Na Figura 4 é apresentada uma posição intermediária, onde a bobina está inclinada em relação ao campo magnético fixo. As figuras servem para mostrar que existe interação entre os campos magnéticos da bobina e o fixo
em quase todo o percurso realizado pela bobina, com exceção das posições 02 e a diametralmente oposta. Esta interação é máxima nas posições 01 e 03 e vai enfraquecendo até se anular na posição 02. Então, o motor continua girando quando passa pela posição 02 devido às forças que foram aplicada à bobina nas outras ou tras posições. As figuras ilustram o funcionamento do motor de corrente continua
2- COMPONENTES 2.1 – ESTATOR
É a parte fixa do motor e que contém os enrolamentos de campo dos pólos principais e dos interpolos, os quais quando alimentados com corrente contínua produzem os campos magnéticos fixos. As bobinas dos enrolamentos de campo dos pólos principais são feitas com fio de menor seção e muitas espiras, enquanto o interpolo e o enrolamento de campo série são feitos com fio de seção maior e uma quantidade menor de espiras. 2.2 ARMADURA É a parte que gira do motor CC, também é chamada de rotor e contém bobinas que quando alimentadas por corrente contínua através das escovas, circulará uma corrente proporcional ao torquedesenvolvido pelo motor e fará surgir campo magnético o qual irá interagir com o campo fixo e fará o motor girar.
2.3 COMUTADR Peça que é responsável por fazer com que o sentido da corrente que circula nas bobinas da armadura seja sempre o mesmo, fazendo com que sempre haja a repulsão entre os campos magnéticos da armadura e do estator.
O comutador trabalha como um diodo, ou seja, permite passar corrente apenas em um sentido. A diferença é que ele faz isso de forma mecânica. 2.3 ESCOVAS são feitas de liga de carbono e mantém contato constante com o comutador, sendo responsáveis por levar a voltagem contínua até a armadura. armadura. Devido ao atrito atrito com o comutador, comutador, sofrem um desgaste desgaste natural com o tempo requerendo constante atenção e trocas periódicas.
Geralmente
2.4 INTERPOLOS Enrolamento inserido no estator, ligado em série com a armadura. Tem como finalidade evitar o fenômeno chamado de “reação da armadura” que causa a deformação do campo magnético fixo. Esta deformação causa um centelhamento no contato entre a escova e o comutador danificando-o e reduzindo significativamente sua vida útil. 3 -TIPOS DE LIGAÇÃO EM MOTORES CC
Na maior parte dos motores CC práticos, geralmente se substitui o ímã permanente por um eletroímã. Logo, o circuito de campo também necessitará de alimentação. Na época em que as fontes de alimentação com tensão ajustável eram raridades, os motores tinham que ser alimentados por meio de uma única fonte, geralmente de tensão fixa. Por isso, a solução era fazer algum tipo de associação entre os circuitos de campo e de armadura (colocá-los em série ou em paralelo), o que, como veremos em seguida, origina características de funcionamento totalmente diferentes. Com a atual dis dispo poni nibi bili lida dade de de fon onte tess de alim alimen enttação ação ve vers rsát átei eiss, co conf nfiá iáve veiis e econômicas, a tendência atual é alimentar os motores CC por meio de fontes independentes, o que permite um controle muito mais preciso das caract caracterí eríst stica icass de intere interess ssee num motor motor (princ (principa ipalme lmente nte veloci velocidad dadee de rotação e torque do eixo). Ainda assim, devido à tradição, ainda é comum classificar os motores de acordo com a maneira como estão ligados seus circuitos de armadura e de campo. Os tipo tiposs possí possíve veis is são são ex expl plana anado doss a segu seguir ir,, segui seguido doss de seus seus diagramas e gráficos típicos de velocidade e torque em função da corrente.
3.1 - MOTOR EM DERIVAÇÃO OU MOTOR SHUNT Seus circuitos de campo e de armadura são ligados em paralelo, estando, portanto, submetidos à mesma tensão. Neste tipo de ligação, o torque é diretamente proporcional à corrente de armadura, enquanto a velocidade de rotação cai ligeiramente com o aumento dessa corrente. É o tipo de ligação mais freqüente. Normalmente, a tensão aplicada é constante. Para motores acima de 1 KW é necessário colocar uma resistência Rs em série com a armadura para limitar a corrente inicial, que como vimos é maior que a corrente de operação. Essa resistência em série é chamada de resistência de partida e deve ser curto-circuitada quando o motor atinge sua velocidade de trab trabal alho ho.. Esse Esse cu curt rtoo-ci circ rcui uito to po pode de ser ser real realiz izad adoo de uma uma só ve vezz ou gradualmente por meio de elementos sensores de corrente. O torque permanece constante até que a velocidade de rotação atinja um de dete term rmin inad adoo valor valor,, ch cham amad adoo de ve velo loci cidad dadee ba base se do moto motor. r. Essa Essa velocidade corresponde à plena tensão de armadura em conjunto com o pleno valor de fluxo magnético no campo, isto é, circula pelo campo fixo a corrente nominal do enrolamento. Para girar o motor a uma velocidade sup uper erio iorr à ve velo loci cida dade de ba basse, é ne nece cesssário ário faze fazerr o qu quee se ch cham amaa de “enfraquecimento do campo”, ou seja, reduzir o valor da corrente que circula pelo enrolamento. Como a potência fornecida pelo motor é igual ao produto do torque pela velocidade, concluímos que o enfraquecimento do campo é uma técnica que só pode ser usada em aplicações quer não necessitem de pleno torque a altas velocidades. A máxima velocidade permitida pelo enfraquecimento de campo é limitada para evitar centelhamento excessivo no comutador.
3.2 – MOTOR SÉRIE
Como mostra a Figura,nesse tipo de ligação os circuitos de campo e de armadura do motor são associados em série, sendo,portanto, percorridos pela mesma corrente. Este tipo de ligação é apropriado para máquinas que trabalham com cargas cargas elevad elevadas( as(com comoo por exempl exemplo, o, um guinda guindast ste), e), porque porque com altos altos valores de corrente de armadura, produz alto torque com baixa velocidade de rotação. O grande inconveniente desse tipo de ligação é a tendência ao disparo, isto é, o aumento ilimitado de velocidade de rotação, caso não haja nenhuma carga ligada ao seu eixo, o que pode até mesmo provocar danos irreversíveis ao motor. Esse comportamento pode ser compreendido através
da equação, que mostra que o torque é inversamente proporcional ao quadrado da velocidade, ou seja, para velocidades baixas haverá alto torque e para baixos torques ocorrerá alta velocidade. Por esse motivo, uma medida de segurança importante na operação de um motor DC ligado em série é garantir que sempre haja uma carga conectada a seu eixo. Da mesma forma como nos motores conectados em shunt, a inversão do sentido de rotação nos motores DC conectados em série é obtida através da inversão das conexões de um dos enrolamentos (campo ou armadura). No caso do motor conectado em série, ambos os enrolamentos são percorridos pela mesma corrente, de modo que é indiferente inverter as conexões de campo ou de armadura. 3.3 – MOTOR COMPOSTO Este tipo de ligação procura procura associar associar as característ características icas positivas positivas das ligações série e paralela. Assim, o enrolamento de campo é dividido em duas partes, uma das quais fica em série com o circuito de armadura e a outra em paralelo. Com esse tipo de conexão o motor funciona com segurança mesmo sem carga conectada ao seu eixo, ou seja, não dispara. Seu torque se situa entre o de um motor série e o de um motor shunt nas mesmas condições de alimentação. alimentação. Existem duas possibilidades possibilidades para a ligação composta: a ligação de campo curto e a ligação de campo longo. 3.4 –MOTOR DE EXC ITAÇÃO INDEPEN INDEPEN DENTE
Neste tipo de ligação, os circuitos de campo e de armadura são comp co mple leta tame ment ntee inde indepen pende dent ntes es,, tendo tendo cada cada um a sua sua próp própri riaa font fontee de alimentação. Desse modo, é possível ter um maior controle sobre a velocidade de rotação e sobre o torque do motor. Esse é o tipo de ligação utilizado sempre que é necessário ter precisão sobre o torque ou a velocidade desenvolvida pelo motor. Normalmente o enrolamento de campo é alimentado com uma tensão fixa e o enrolamento de armadura é alimentado por meio de uma fonte de tensão ajustável, na maioria das vezes por meio de tiristores (SCRs) com circuito de disparo microprocessado. Caso seja necessário um controle ainda mais preciso, o enrolamento de campo também pode ser alimentado com uma fonte de tensão ajustável. Uma vez que um maior níve nívell de po potê tênc ncia ia é requ requer erid idoo pe pela la arma armadu dura ra,, a alim alimen enta taçã çãoo de dess ssee enro en rola lame ment ntoo co cost stum umaa ser ser ob obti tida da a pa part rtir ir da reti retifi fica caçã çãoo de uma uma rede rede alternada trifásica. A alimentação do enrolamento de campo, de menor potência, é obtida pela retificação de uma rede alterna .
4 – APLICAÇOES - Máquinas operatrizes em geral; - Bombas a pistão - Torques de fricção - Ferramentas de avanço - Tornos - Bobinadeiras - Mandrilhadoras - Máquinas de moagem - Máquinas têxteis - Guinchos e guindastes - Pórticos - Veículos de tração - Prensas - Máquinas de papel
Curvas típicas dos motores CC
Motor em série
Motor de excitação independente