Controle Avançado de Velocidade de Motor CC: Tensão, Reostático e Técnicas de Fluxo

Métodos de Controle de Velocidade de Motor CC – Controle de Tensão, Reostático & Fluxo de Motores CC Série & Shunt

Um motor CC é usado para converter potência elétrica de corrente contínua (CC) em potência mecânica baseada nas forças produzidas por campo(s) magnético(s). A saída do motor é potência mecânica em termos de rotação (velocidade) do eixo.

Conforme as aplicações, precisamos alterar a velocidade do motor. Então, a mudança deliberada de velocidade é conhecida como controle de velocidade do motor.

O termo controle de velocidade difere de regulação de velocidade. Regulação de velocidade significa manter a velocidade do eixo constante contra a mudança de carga.

• Artigo Relacionado: Máquina CC – Construção, Funcionamento, Tipos e Aplicações

Equação de FEM de um Motor CC

A equação de FEM de um motor CC é dada abaixo:

Eb = PΦNZ / 60A

Onde;

• P = Número de polos
• Φ = Fluxo por polo
• N = Velocidade do motor (RPM)
• Z = Número de condutores
• A = Número de caminhos paralelos

Uma vez que o motor é projetado, o Número de polos (P), Número de condutores (Z) e Número de caminhos paralelos (A) não mudam. Portanto, são quantidades fixas.

Eb ∝ ΦN

Eb = kΦN

Onde k = Constante de proporcionalidade

Para motor CC, a FEM também é definida como;

E_b = V – I_aR_a

Onde;

• V = Tensão de alimentação
• I_a = Corrente de induzido
• R_a = Resistência de induzido

Agora compare ambas equações;

kΦN = V – I_aR_a

N = V – I_aR_a / kΦ

Da equação acima, a velocidade do motor depende da tensão de alimentação (V), Fluxo (Φ) e Resistência de induzido (R_a).

Portanto, a velocidade de um motor CC pode ser variada, alterada e controlada mudando;

• Tensão de terminais "V" (AKA Método de Controle por Tensão Aplicada).
• Resistência externa com resistência de induzido R_a (AKA Método de Controle Reostático).
• Fluxo por polo Φ (AKA Método de Controle de Fluxo).

Aqui, tensão de terminais e resistência de induzido estão associadas ao circuito de induzido e fluxo por polo está associado ao circuito de campo.

Então, os métodos de controle de velocidade de um motor CC são classificados como;

• Método de Controle de Induzido
• Método de Controle de Campo

Agora discutimos como implementar estes métodos para motores CC série, shunt e composto.

• Artigo Relacionado: Motor Servo – Tipos, Construção, Funcionamento, Controle & Aplicações

Controle de Velocidade de Motor CC Série

O controle de velocidade de motor CC série é feito pelos métodos de controle de induzido e campo.

Método de Controle de Resistência de Induzido para Motor CC Série

Neste método, um resistor variável ou reostato é ligado em série com o resistor de induzido. O diagrama de circuito deste método é mostrado na figura abaixo.

Fig-1

No motor série, o enrolamento de induzido é ligado em série com o enrolamento de campo. Portanto, a corrente de induzido e corrente de campo são iguais.

Variando a resistência de induzido, a corrente e tensão de induzido variam. Se o valor da resistência externa aumenta, a tensão no induzido e a corrente do enrolamento de induzido diminuem. E a velocidade diminui.

Por este método, a velocidade do motor apenas diminui do nível de velocidade quando a resistência externa não está conectada. A velocidade não pode aumentar deste nível.

Aqui, a resistência externa é ligada em série com o induzido. Portanto, a corrente de plena carga fluirá através do resistor externo. Então, é projetado para conduzir a corrente de plena carga continuamente.

A característica velocidade-corrente é mostrada na figura abaixo.

Fig-2

• Artigo Relacionado: Motor CC Sem Escovas (BLDC) – Construção, Princípio de Funcionamento & Aplicações

Método de Controle de Tensão de Induzido para Motor CC Série

Neste método, a velocidade é controlada variando a tensão de induzido (tensão de alimentação). Uma fonte de tensão variável separada é necessária neste método.

A velocidade de um motor é proporcional à tensão de alimentação. Então, se a tensão aumenta, a velocidade do motor aumenta e vice-versa.

Geralmente, este método não é usado. Porque o custo de uma fonte de alimentação variável é muito alto. Por isso, este método é raramente usado para controle de velocidade.

Método de Controle de Campo para Motor CC Série

A corrente de campo é proporcional ao fluxo. Neste método, a velocidade é controlada controlando a corrente de campo. Existem duas formas de controlar a corrente de campo;

• Controle por Derivador de Campo
• Controle de Campo com Derivações

Controle por Derivador de Campo

Neste método, o enrolamento de campo em série é ligado em paralelo com o derivador. O derivador nada mais é que um resistor variável. Parte da corrente de campo passará pelo derivador.

Da equação de velocidade do motor, o fluxo é inversamente proporcional à velocidade. Então, se o fluxo diminui, a velocidade aumenta.

Menor o valor da resistência do derivador, menor a corrente de campo e menor o fluxo produzido dentro do motor. Logo, a velocidade do motor aumenta.

Neste método, a velocidade pode ser aumentada da velocidade normal. O diagrama de circuito deste método é mostrado na figura abaixo.

Fig-3

• Artigo Relacionado: Motor de Passo – Tipos, Construção, Operação & Aplicações

Controle de Campo com Derivações

Há derivações no enrolamento de campo para escolher o número de espiras no enrolamento. Escolhendo a derivação, a corrente de campo é controlada.

Para maior número de espiras, a corrente de campo é maior e a velocidade menor. Para menor número de espiras, a corrente de campo é menor e a velocidade maior.

Portanto, neste método, a velocidade pode ser controlada escolhendo a derivação adequada no enrolamento de campo.

Este método é usado em tração elétrica para controle de velocidade do acionamento. O diagrama de circuito deste método é mostrado na figura abaixo.

Fig-4

Controle de Velocidade de Motor CC Shunt

Métodos de controle de velocidade para motor CC Shunt são similares ao motor CC série. Métodos de controle de induzido e campo também se aplicam ao motor CC shunt.

• Artigo Relacionado: Cálculo de Tamanho de Cabo para Motores BT & AT

Método de Controle de Resistência de Induzido para Motor CC Shunt

Neste método, resistência externa é adicionada ao circuito de induzido. O enrolamento de campo é ligado diretamente à alimentação. Logo, a corrente de campo permanece igual. E também, o fluxo permanece o mesmo se a resistência externa varia.

Da equação de velocidade, a corrente de induzido é proporcional à velocidade do motor. Se o valor da resistência externa aumenta, a corrente de induzido diminui. Logo, a velocidade diminui.

Este método é usado para controlar a velocidade abaixo do valor normal. A velocidade não pode aumentar mais que a velocidade normal. O diagrama de ligação deste método é mostrado na figura abaixo.

Fig-5

A característica velocidade-corrente é mostrada na figura abaixo.

Fig-6

• Artigo Relacionado: Motor de Indução Monofásico – Construção, Funcionamento, Tipos & Aplicações

Método de Controle de Campo para Motor CC Shunt

Num motor CC shunt, o resistor variável é ligado em série com o enrolamento de campo shunt. A corrente de campo pode ser variada por este resistor variável. Este resistor variável também é conhecido como Regulador de Campo.

O diagrama de ligação deste método é mostrado na figura abaixo.

Fig-7

Do diagrama de circuito acima, a equação da corrente de campo shunt é;

Aumentando o valor da resistência, a corrente de campo diminui e logo o fluxo é reduzido. Da equação de velocidade, o fluxo é inversamente proporcional à velocidade. Então, a velocidade aumenta conforme o fluxo diminui.

Portanto, este método é aplicável para controlar a velocidade acima da velocidade normal. A velocidade não pode reduzir abaixo da velocidade normal neste método. A característica velocidade-corrente deste método é mostrada na figura abaixo.

Fig-8

• Artigo Relacionado: Motor de Indução Trifásico – Construção, Funcionamento, Tipos & Aplicações

Método de Controle de Tensão de Induzido para Motor CC Shunt

Neste método, o enrolamento de campo é alimentado pela tensão constante. Mas o enrolamento de induzido é alimentado por uma fonte CC variável separada.

Este método também é conhecido como método Ward-Leonard. O diagrama de ligação deste método é mostrado na figura abaixo.

Fig-9

Do diagrama acima, estamos controlando a velocidade do motor M1. Este motor era alimentado pelo gerador G.

O enrolamento de campo shunt é ligado com a alimentação CC. O gerador G é acionado pelo motor M2. O motor M2 é um motor de velocidade constante e alimentado pela alimentação CC.

O motor M1 começa a girar quando a tensão de saída do gerador G é alimentada ao motor. A velocidade do motor pode ser controlada controlando a tensão de saída do gerador G.

O regulador de campo é ligado no gerador com uma linha de alimentação CC para controlar a excitação de campo.

Controlando a tensão de excitação do gerador, a tensão de saída do gerador é controlada. E esta tensão controlará a velocidade do motor M1.

A chave RS é uma Chave Reversora. Esta chave é usada para alternar o terminal de excitação de campo. Por causa disso, a corrente de excitação inverterá e gerará tensão oposta.

Então, esta tensão oposta inverterá a velocidade do motor M1. Logo, por este método, o motor pode girar em ambas direções. E a velocidade pode ser controlada em ambos os lados da direção de rotação.

• Artigo Relacionado: O que é Eficiência de Motor e Como Melhorá-la?

Vantagens & Desvantagens do Método Ward Leonard

Vantagens do Método Ward Leonard

As vantagens deste método são resumidas abaixo;

• A velocidade do motor pode ser controlada numa ampla faixa.
• A operação do motor é muito suave.
• A regulação de velocidade do motor é boa.
• O motor pode funcionar com aceleração uniforme.
• Tem capacidade de frenagem inerente.
• Fácil inverter a direção de rotação e a velocidade pode ser controlada em ambas direções.

Desvantagens do Método Ward Leonard

As desvantagens deste método são resumidas abaixo;

• Precisa de duas máquinas adicionais (conjunto motor-gerador) com a mesma classificação do motor principal. Portanto, o custo total deste arranjo é muito alto.
• Produz mais ruído.
• Manutenção frequente necessária.
• Este arranjo precisa de mais espaço para instalar.
• A eficiência global é baixa se o motor funcionar com carga leve por longo período.

Aplicação do Método Ward Leonard

Este método é usado onde o motor deve ser controlado numa ampla faixa de velocidade. A aplicação do motor é muito sensível à velocidade, nesta condição este método é muito útil.

Este método é usado em aplicações como: guindastes, escavadeiras, elevadores, guinchos de mina, máquinas de papel, laminadores de aço, etc.