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Motores de Corrente Contínua
Dicentes: QUARESMA, Laís Natane Gusmão; FILHO, Otacílio Cesar Ferreira S.; FERREIRA, Thiago Rodrigues de Sousa. Docente: DIAS, Alexandre Dantas. Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros (Facit) Praça da Tecnologia, 77 – Alto São João, Montes Claros – MG, 39400-
Abstract. This article was developed in order to present some characteristics and information of direct current motors. The purpose of this article is to offer the reader a presentation of the operation of direct current motors, which is a widely used equipment to convert electrical energy into mechanical energy.
Resumo. Este artigo foi desenvolvido com o intuito de apresentar algumas características e informações de motores de corrente contínua. O objetivo deste artigo é proporcionar ao leitor uma apresentação do funcionamento dos motores de corrente contínua sendo que este é um equipamento bastante utilizado que converte energia elétrica em energia mecânica.
Palavras Chaves: Motor; Corrente Contínua, Energia Eletrica.
1. Introdução
1.1. Corrente continua
A corrente é considerada contínua quando não altera seu sentido, ou seja, é sempre positiva ou sempre negativa. Em boa parte de circuitos eletrônicos trabalha-se com corrente contínua, embora nem todas tenham o mesmo "rendimento". Uma corrente contínua é constante, se seu gráfico for dado por um segmento de reta constante, ou seja, não variável. Este tipo de corrente é comumente encontrado em pilhas e baterias.
Figura 1 - Gráfico de corrente continua constate. Fonte: (https://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/caecc.php) Acesso em 30/10/2019 as 14:32h.
Mas também temos a corrente continua pulsante, embora não altere seu sentido as correntes contínuas pulsantes passam periodicamente por variações, não sendo necessariamente constantes entre duas medidas em diferentes intervalos de tempo. Esta forma de corrente é geralmente encontrada em circuitos retificadores de corrente alternada.
Figura 2 - Gráfico de corrente pulsante. Fonte: (https://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/caecc.php) Acesso em 30/10/2019 as 14:32h.
1.2. Motores CC
Motor CC (corrente continua) é uma máquina elétrica girante, capaz de converter energia elétrica em energia mecânica por meio de interações eletromagnéticas. Alimentado por corrente contínua, sendo essas fontes provenientes de baterias ou qualquer outra de alimentação CC. O motor CC é composto posto por duas estruturas magnéticas: estator (enrolamento de campo ou imã permanente) e rotor (enrolamento de armadura).
Figura 3 - Motores de corrente continua Fonte: (https://www.nei.com.br/catalogo-industrial/motores-de-corrente-continua) Acesso em: 28/10/2019 as 15:28h.
Os motores CC são especialmente adequados para certas aplicações. Eles oferecem uma ampla faixa de velocidade, são muito fáceis de controlar e possuem uma grande flexibilidade das curvas de velocidade de torque, são ideais para máquinas que exigem uma faixa de velocidade com precisão e têm uma alta capacidade de sobrecarga. Motores de corrente continua são utilizados em toca-discos, equipamentos de CD/DVD player, unidades de armazenamento de dados, brinquedos como carrinho de controle remoto, etc.
Existe vários tipos de motores, por exemplo, com escova (escovado), sem escova ( brushless ), entre outros. Sua comutação (troca de energia entre o rotor e estator) pode acontecer através de escovas ou sem escovas e com relação a velocidade. Ele pode ser controlado apenas variando sua tensão, diferentemente de um motor CA (corrente alternada) cuja a velocidade é alterada atreves da frequência.
qualidade destinada a produzir uma baixa perda por histerese (figura 5). O núcleo contém ranhuras axiais na sua periferia para colocação do;
2.1.3. Enrolamento da armadura
C onstituído de bobinas isoladas entre si e do núcleo da armadura, colocadas nas ranhuras (figura 5) e eletricamente ligadas ao:
Figura 5 - Núcleo da armadura Fonte: (https://studylibpt.com/doc/222929/3.1.-constru%C3%A7%C3%A3o-do-motor-dc) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
2.1.4. Comutador
O qual, devido á rotação do eixo, providencia o necessário chaveamento para o processo da comutação. O comutador consiste de segmentos de cobre, individualmente isolados entre si e do eixo, eletricamente conectados ás bobinas do enrolamento da armadura. O rotor da armadura das máquinas DC tem quatro funções principais: Permite rotação para ação geradora ou ação motora mecânica; Em virtude da rotação, produz a ação de chaveamento necessária para a comutação; Contém os condutores que induzem a tensão ou providenciam um torque eletromagnético e; Providencia uma faixa de baixa relutância para o fluxo. (FITZGERALD, 2014)
2.2. O Estator da máquina DC consiste de:
2.2.1. Uma Carcaça
Estrutura cilíndrica de aço ou ferro fundido ou laminado. Não apenas a carcaça serve como suporte das partes descritas acima, mas também providencia uma faixa de retorno do fluxo para o circuito magnético criado pelos;
2.2.2. Enrolamentos de campo
C onsistindo de umas poucas espiras de fio grosso para o campo-série ou muitas espiras de fio fino para o campo-shunt. Essencialmente, as bobinas de campo são eletromagnetos, cujos ampére-
espiras (Ae) providenciam uma força magnetomotriz adequada á produção, no entreferro, do fluxo necessário para gerar uma fem ou uma força mecânica (figura 6). Os enrolamentos de campo são suportados pelos;
2.2.3. Pólos
Constituídos de ferro laminado aparafusados ou soldados na carcaça após a inserção dos enrolamentos de campo nos mesmos (figura 6). A sapata polar é curvada, e é mais larga que o núcleo polar, para espalhar o fluxo mais uniformemente.
Figura 6 - Estator com quatro pólos Fonte: (https://studylibpt.com/doc/222929/3.1.-constru%C3%A7%C3%A3o-do-motor-dc) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
2.2.4. O interpolo
Eles estão localizados na região interpolar, entre os pólos principais, e são geralmente de tamanho menor. O enrolamento do interpolo é composto de algumas poucas espiras de fio grosso, pois é ligado em série com o circuito da armadura, de modo que a fmm é proporcional à corrente da armadura.
2.2.5. Enrolamentos de compensação
São opcionais; eles são ligados da mesma maneira que os enrolamentos do interpolo, mas estão colocados em ranhuras axiais na sapata polar.
2.2.6. Escovas e anéis-suporte de escovas
Como interpólos e enrolamentos de compensação são partes do circuito da armadura. As escovas são de carvão e grafite, suportadas na estrutura do estator por um suporte tipo anel, e mantidas nos suportes por meio de molas, de forma que as escovas manterão um contato firme com os segmentos do comutador. As escovas estão sempre instantaneamente conectadas a um segmento e em contato com uma bobina localizada na zona interpolar. (FITZGERALD, 2014)
Figura 8 - A corrente no Motor CC Fonte: (https://pt.demotor.net/motores-eletricos/motores-de-corrente-continua/como-funciona) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
3.2. O Campo Magnético
O campo magnético é gerado entre os pólos norte e sul do ímã e possui um sentido partindo do norte para o sul. O torque que vai impulsionar a bobina e por sua vez o rotor, como podemos observar na Figura 9 será proporcional ao campo magnético entre os ímãs. A densidade de fluxo magnético é chamada aqui de B. (McGraw-Hill.KOSOW)
Figura 9 - O campo magnético no Motor CC Fonte: (https://pt.demotor.net/motores-eletricos/motores-de-corrente-continua/como-funciona) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
3.3. A Força e o Torque
A direção da força mecânica é dada pela regra da mão esquerda de Fleming e sua magnitude é dada por:
Figura 10 - A força e o torque no Motor CC Fonte: (https://pt.demotor.net/motores-eletricos/motores-de-corrente-continua/como-funciona) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
F = ILB, onde:
B = densidade de fluxo magnético, I = corrente da bobina, L = comprimento do condutor no campo magnético
A direção da força mecânica é dada pela regra da mão esquerda de Fleming e sua magnitude é dada por:
Figura 11 - Regra da mão esquerda. Fonte: (https://pt.demotor.net/motores-eletricos/motores-de-corrente-continua/como-funciona) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
Figura 13 - Torque x Velocidade para o Motor Bobinado em Série. Fonte: (HTTPS://pt.demotor.net/motores-eletricos/motores-de-corrente-continua/como-funciona) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
4.3. Motores Bobinados Compostos
São projetados com bobinas derivadas compostas para aplicações de velocidade constante que requerem torque mais elevado. Eles são freqüentemente usados onde a carga primária requer um torque de partida alto e a velocidade ajustável não é necessária. As aplicações incluem elevadores, guindastes e equipamentos para lojas industriais. Abaixo podemos ver uma curva típica de velocidade x torque para os motores de bobina compostos, combinando características de derivação em série: (FITZGERALD, 2014)
Figura 14 - Torque x Velocidade para o Motor Bobinado Composto. Fonte: (https://pt.demotor.net/motores-eletricos/motores-de-corrente-continua/como-funciona) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
4.4. Motores CC de ímã permanente
Possuem um ímã permanentemente embutido em sua montagem (no estator). Eles oferecem velocidade constante com carga variável (escorregamento zero) e excelente torque de partida. Comparado com os outros tipos, a construção de ímã permanente proporciona maior eficiência e menores ajustes de velocidade. Abaixo podemos ver uma curva de velocidade para motores de ímã permanente, com proporcionalidade de torque e velocidade linear. (FITZGERALD, 2014)
Figura 15 - Torque x Velocidade para o Motor Íma Permanente. Fonte: (https://pt.demotor.net/motores-eletricos/motores-de-corrente-continua/como-funciona) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
4.5. Motor com excitação em paralelo
No motor com excitação em paralelo ou shunt ou derivação o conjunto das bobinas de campo fica em paralelo com o enrolamento da armadura e são feitas com um grande número de espiras de fio fino porque a corrente elevada necessária na condição de plena carga circula através do enrolamento de armadura. Este motor tem uma velocidade praticamente constante, mesmo com ampla variação de carga. (FITZGERALD, 2014)
4.6. Motores com excitação independente
Em um motor com excitação independente como bobinas de campo apresenta características semelhantes às derivações do motor e são alimentadas por uma fonte de tensão CC independente. (FITZGERALD, 2014)
4.7. Motores CC sem Núcleo e sem ranhura
Incorporam um enrolamento cilíndrico que está fisicamente fora de um conjunto de ímãs permanentes. Devido ao fato do enrolamento ser laminado e não existir gaiola de ferro, motores cc sem núcleo possuem inércia muito menor. Possuem alta aceleração, eficiência e excelente controle de velocidade com pouca ou nenhuma vibração. Eles são comumente usados como servo motor (velocidade e precisão em aplicações de controle de posição em malha fechada) para aplicações de controle de processo. (FITZGERALD, 2014)
Figura 16 - Motor sem núcleo Fonte: (HTTPS://pt.demotor.net/motores-eletricos/motores-de-corrente-continua/como-funciona) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
imã permanente podem ser menores e, em alguns casos, de custo inferior ao de seus similares com excitação externa. (FITZGERALD, 2014)
Figura 18 - motor cc de imã permanente Fonte: (https://pt.demotor.net/motores-eletricos/motores-de-corrente-continua/como-funciona) Acesso em 02/11/2019 as 17:09h
6. Características de velocidade dos motores CC
Como já foi relatado nesse artigo os motores de corrente continua (CC) exercem trabalho a partir de interações entre de um campo magnético gerado a partir da corrente elétrica que ele consome. HONDA (2006) pode-se então aplicar a lei de Kirchoff das tensões, somatório das elevações e das quedas de tensão em um circuito é igual a zero, no circuito interno do motor apresentado na figura a seguir:
Figura 20 – Modelo de circuito elétrico do motor CC. Fonte: Motores de corrente contínua: Guia rápido para uma especificação precisa.
Utilizando-se as equações de da Lei de Kirchoff das tensões e da Lei da Indução de Faraday pode- se obter uma equação para a velocidade de rotação do motor:
Equação 1 – Velocidade de Rotação. Fonte: KOSOW, Irving L. Máquinas elétricas e transformadores.
Segundo KOSOW (1979) esta equações pode sorefer pequenas alterações dependendo do tipo de motor CC que se deseja calcular a velocidade, essas variações ainda segundo Kosow alteram a constante k (que define o tamanho do rotor e o numero do polos do mesmo), a resistência do R que pode sofrer alterações caso seja um motor-serie, ou o fluxo magnético no motor. Levando assim a uma equação mais geral para o calculo de velocidade de motores CC:
Equação 2 – Velocidade de Rotação para diferentes tipos de motor. Fonte: KOSOW, Irving L. Máquinas elétricas e transformadores.
Ainda segundo KOSOW (1979) a equação acima obtida expressa a velocidade de rotação do motor, desprezando as quedas de tensões (BD) que podem existir nas escovas do motor, caso o motor possua essa queda de tensão nas escovas elas devem ser consideradas e incluídas na equação obtendo uma expressão no numerador similar a esta. A equação apresentada sem se considerar as quedas de tensão nas escovas é apresentada para se tornar mais fácil o entendimento da mesma.
Essa formula apresentada por Kosow representa o calculo da velocidade sem carga, caso for desejado o calculo para um velocidade que terá o uso de alguma carga pode-se utilizar outra equação que Umans expõem e é obtida através de uma dedução algébrica relacionando a velocidade sem carga coma velocidade com a carga desejada, obtendo assim a seguinte equação se:
Equação 3 – Velocidade de Rotação a partir da rotação sem cargas Fonte: UMANS, Stephen D. Máquinas Elétricas: de Fitzgerald e Kingsley.
Com essas equações apresentadas por Kosow e Umans pode-se então calcular as velocidades nominais, sem carga e com carga para motores de correntes contínua uma vez que se o calculo não for feito e a velocidade que for utilizada no motor for muito discrepante com a encontrada nos cálculos da mesma o motor por sofrer danos tornando-o inutilizável
Figura 9 - Servomotor de Corrente Continua (CC) Fonte: (https://www.citisystems.com.br/servo-motor/).Acesso em 29/10/2019 as 14:36h.
Os servomotores CC são motores operam por uma corrente procedente de amplificadores eletrônicos ou amplificadores CA com demoduladores internos ou externos, reatores saturáveis, amplificadores retificadores controlados por silício, tiratrônio, ou por qualquer um dos tipos de amplificadores rotativos, como o Amplidino, Rototrol e o Regulex. Os servomotores CC possuem tamanhos que variam de 0,05 a 1000 HP.
“[...]As características fundamentais a serem buscadas em qualquer servomotor tanto CA quanto CC são (1) que o torque de saída do motor seja mais ou menos proporcional à sua tensão de controle aplicada (desenvolvida pelo amplificador como resposta a um sinal de erro) e (2) que o sentido do torque seja determinado pela polaridade (instantânea) da tensão de controle. Utilizam-se quatro tipos de servomotores CC, e passaremos a discuti-los em sequência: motor-derivação (controlado pelo campo ou pela armadura), o motor-série, o motor-derivação de campo permanente (excitação de campo fixa)”. (KOSOW, 1979, p.431)
Também existe tipos de servomotores CC que incluem: motores de série, motor de derivação de controle, motor de derivação em série e motor de derivação de ímã permanente.
10. Conclusão
Os motores de corrente contínua são equipamentos elétricos que estão presente em diversas áreas da engenharia e podem realizar diferentes trabalhos, cabendo apenas ao engenheiro calcular e escolher o motor que mais atende a sua necessidade. Podendo exercer funções desde tarefas simples como estarem presentes em brinquedos infantis até a área de automação.
Nesse trabalho acadêmico, foram apresentados e discutidos tópicos sobre os motores de corrente contínua que são a base para o entendimento do seu funcionamento e da sua utilização. Foram expostos além do material básicos para o seu entendimento, os tipos de motores de corrente continua bem como seus diferentes tipos de montagem e características.
Por fim espera-se que após a leitura desse artigo o leitor esteja apto para poder escolher um motor de corrente contínua capaz de atender a sua necessidade, sabendo realizar os cálculos necessários para efetuar essa escolha e também saber fazer a montagem desse motor.
11. Referências
SILVEIRA, Cristiano Bertulucci. Motor CC: Saiba como Funciona e de que forma Especificar. Sorocaba - SP: Cistisystems, 2017. Disponível em: https://www.citisystems.com.br/motor-cc/. Acesso em: 22 out. 2019.
HONDA, Flavio. Motores de corrente contínua : Guia rápido para uma especificação precisa. 01.2016. ed. São Paulo: SIEMENS Drive Technology: Mundo em Movimento, 2006. Disponível em: http://www.marioloureiro.net/tecnica/electrif/Motores_CC_ind1.pdf. Acesso em: 22 out. 2019.
MOTORES de corrente contínua. [ S. l. ]: DeMotor, 26 nov. 2018. Disponível em:
https://pt.demotor.net/motores-electricos/motor-corrente-continua. Acesso em: 23 out. 2019.
UMANS, Stephen D. Máquinas Elétricas : de Fitzgerald e Kingsley. 7. ed. Porto Alegre: AMGH,
- 708 p.
KOSOW, Irving L. Máquinas elétricas e transformadores. 2. ed. Porto Alegre: Globo, 1979. 632 p.[8]
CORRENTE contínua e alternada. Só física, 2008. Disponível em: https://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/caecc.php. Acesso em: 30 out. 2019.
SILVEIRA, Cristiano Bertulucci. Servo Motor: Veja como funciona e quais os tipos. Sorocaba - SP: Cistisystems, 2017. Disponível em: https://www.citisystems.com.br/servo-motor/. Acesso em: 29 out. 2019.
