Controle de velocidade do motor CC – Métodos de controle de tensão, reostática e fluxo

Métodos de controle de velocidade do motor CC – tensão, controle reostático e de fluxo de motores CC em série e em derivação

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

De acordo com as aplicações, precisamos alterar a velocidade do motor. Assim, a mudança deliberativa de velocidade é conhecida como controle de velocidade do motor.

O termo controle de velocidade é diferente de regulação de velocidade. A regulação de velocidade significa que, para manter uma velocidade de eixo constante contra a mudança de carga.

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Equação EMF de um Motor CC

a equação EMF de um motor CC é fornecida abaixo:

Eb =PΦNZ  / 60A

Onde;

• P =Número de pólos
• Ф =Fluxo por pólo
• N =Velocidade do motor (RPM)
• Z =Número de condutores
• A =Número de caminhos paralelos

Uma vez que o motor é projetado, o número de pólos (P), o número de condutores (Z) e o número de caminhos paralelos (A) não podem ser alterados. Então, essas são quantidades fixas.

Eb ∝ ΦN

Eb =kΦN

Onde k =Constante de proporcionalidade

Para motor DC, o EMF também é definido como;

E_b =V – Eu_a R_a

Onde;

• V =Tensão de alimentação
• Eu_um =Corrente de armadura
• R_a =Resistência da armadura

Agora compare as duas equações;

kΦN =V – I_a R_a

k =N =V – I_a R_a /kΦ

Da equação acima, a velocidade do motor depende da tensão de alimentação (V), do fluxo (Φ) e da resistência da armadura (R_a ).

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

• Tensão terminal "V" (também conhecido como Método de controle de tensão aplicado ).
• Resistência externa com resistência de armadura R_a (AKA Método de Controle Reostático ).
• Fluxo por pólo Φ (AKA Método de Controle de Fluxo ).

Aqui, a tensão terminal e a resistência da armadura estão associadas ao circuito da armadura e o fluxo por pólo está associado ao circuito de campo.

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

• Método de controle de armadura
• Método de controle de campo

Agora discutimos como implementar esses métodos para motores DC série, shunt e composto.

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Controle de velocidade do motor da série DC

O controle de velocidade do motor da série DC é feito pelos métodos de controle de armadura e controle de campo.

Método de controle de resistência de armadura para motor da série DC

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

Fig-1

No motor em série, o enrolamento da armadura é conectado em série com o enrolamento de campo. Portanto, a corrente de armadura e a corrente de campo são as mesmas.

Variando a resistência da armadura, a corrente e a tensão da armadura variam. Se o valor da resistência externa aumentar, a tensão na armadura e a corrente do enrolamento da armadura serão reduzidas. E a velocidade será diminuída.

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

Aqui, a resistência externa é conectada em série com a armadura. Portanto, a corrente de carga total fluirá através do resistor externo. Portanto, ele é projetado para transportar a corrente de carga total continuamente.

A característica velocidade-corrente é mostrada na figura abaixo.

Fig-2

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Método de controle de tensão de armadura para motores da série CC

Neste método, a velocidade é controlada pela variação da tensão da armadura (tensão de alimentação). Uma fonte de tensão variável separada é necessária neste método.

A velocidade de um motor é proporcional à tensão de alimentação. Portanto, se a tensão aumentar, a velocidade do motor aumentará e vice-versa.

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

Método de controle de campo para motores da série DC

A corrente de campo é proporcional ao fluxo. Neste método, a velocidade é controlada pelo controle da corrente de campo. Existem duas maneiras de controlar a corrente de campo;

• Controle do desviador de campo
• Controle de Arquivos Tocados

Controle de desvio arquivado

Neste método, o enrolamento de campo em série é conectado em paralelo com o desviador. O desviador nada mais é do que um resistor variável. Algumas partes da corrente de campo passarão pelo desviador.

A partir da equação de velocidade de um motor, o fluxo é inversamente proporcional à velocidade do motor. Portanto, se o fluxo diminuir, a velocidade aumentará.

Menor o valor da resistência do desviador menos a corrente de campo e menos o fluxo produzido no interior do motor. Assim, a velocidade do motor aumenta.

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

Fig-3

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Controle de campo tocado

Há toques no enrolamento de campo para escolher o número de voltas no enrolamento. Ao escolher a derivação, a corrente de campo é controlada.

Para um número maior de voltas, a corrente de campo é maior e a velocidade é menor. Para um número menor de voltas, a corrente arquivada é menor e a velocidade é maior.

Portanto, neste método, a velocidade pode ser controlada escolhendo o rosqueamento adequado fornecido no enrolamento de campo.

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

Fig-4

Controle de velocidade do motor de derivação CC

Os métodos de controle de velocidade para o motor DC Shunt são semelhantes aos do motor da série DC. Métodos de controle de armadura e controle de campo também aplicáveis ​​ao motor CC em derivação.

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Método de controle de resistência de armadura para motor de derivação CC

Neste método, a resistência externa é adicionada ao circuito da armadura. O enrolamento de campo é conectado diretamente com a alimentação. Assim, a corrente de campo permanecerá a mesma. E também, o fluxo permanecerá o mesmo se a resistência externa variar.

A partir da equação de velocidade, a corrente de armadura é proporcional à velocidade do motor. Se o valor da resistência externa aumenta, a corrente de armadura diminui. Assim, a velocidade diminui.

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

Fig-5

A característica velocidade-corrente é mostrada na figura abaixo.

Fig-6

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Método de controle de campo para motor de derivação CC

Em um motor CC em derivação, o resistor variável é conectado em série com o enrolamento do campo em derivação. A corrente de campo pode ser variada por este resistor variável. Este resistor variável também é conhecido como Regulador de Campo.

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

Fig-7

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

Ao aumentar o valor da resistência, a corrente de campo diminui e, portanto, o fluxo é reduzido. Pela equação da velocidade, o fluxo é inversamente proporcional à velocidade. Assim, a velocidade aumenta à medida que o fluxo diminui.

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

Fig-8

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Método de controle de tensão de armadura para motor de derivação CC

Neste método, o enrolamento do campo é fornecido pelo fornecimento constante. Mas o enrolamento da armadura é fornecido por uma fonte DC variável separada.

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

Fig-9

No diagrama acima, estamos controlando a velocidade do motor M1. Este motor foi alimentado pelo gerador G.

O enrolamento do campo shunt está conectado 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 de um motor pode ser controlada controlando a tensão de saída do gerador G.

O regulador de campo é conectado ao gerador com uma linha de alimentação CC para controlar a excitação de campo.

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

O switch RS é um switch reverso. Este interruptor é usado para alternar o terminal de excitação de campo. Por causa disso, a corrente de excitação será revertida e gerará a tensão oposta.

Então, essa tensão oposta reverterá a velocidade do motor M1. Assim, por este método, o motor pode funcionar em ambas as direções. E a velocidade pode ser controlada em ambos os lados do sentido de rotação.

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Vantagens e desvantagens do método Ward Leonard

Vantagens do Método Ward Leonard

As vantagens deste método estão resumidas abaixo;

• A velocidade de um motor pode ser controlada em uma ampla faixa.
• O funcionamento do motor é muito suave.
• A regulação de velocidade do motor é boa.
• Um motor pode funcionar com aceleração uniforme.
• Tem uma capacidade de ruptura inerente.
• Fácil de inverter a direção de rotação e a velocidade pode ser controlada em ambas as direções.

Desvantagens do Método Ward Leonard

As desvantagens deste método estão resumidas abaixo;

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

Aplicação do Método Ward Leonard

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

Este método é usado na aplicação como; guindastes, escavadeira, elevador, guindastes de mina, máquina de papel, laminadores de aço, etc.