Motores DC

Motores DC, equipamentos de acionamento, desde pequenos brinquedos e ferramentas elétricas recarregáveis até veículos elétricos. Essas máquinas eletromecânicas consistem em uma bobina condutora interna, chamada de armadura, e um ímã externo, chamado estator. Uma fonte CC fornece corrente para a armadura através de um comutador deslizante. Induzindo força eletromagnética e permitindo a rotação do loop. A magnitude da força eletromagnética depende do ângulo entre o campo magnético e a bobina, criando flutuações no torque com a rotação. Vários enrolamentos, espaçados ao redor da armadura, minimizam as flutuações de torque e evitam que o comutador cause curto-circuito na fonte de alimentação. O comutador deslizante muda periodicamente a direção da corrente através da bobina, impedindo ainda mais o alinhamento dos campos magnéticos. Este vídeo apresenta as configurações do motor CC e demonstra a medição das características de desempenho do motor CC, como velocidade, corrente e tensão com carga variável.

Os estatores de ímã permanente, em máquinas CC, são os mais comuns, no entanto, quando o campo magnético dos estatores é produzido por meio de enrolamentos condutores, as características de desempenho, como velocidade e saída de torque, podem ser modificadas por meio do projeto de campo elétrico. Por exemplo, a velocidade está relacionada à tensão desenvolvida pelo motor, chamada de força eletromotora, ou EMF. Da mesma forma, o torque é proporcional à corrente. Essas características variam dependendo do projeto do motor e influenciam o projeto do motor selecionado para determinadas aplicações. As quatro configurações eletrônicas básicas das máquinas DC são separadamente excitadas, shunt, série e compostas. Os motores excitados separadamente usam fontes de alimentação separadas para o campo e a armadura, permitindo um controle independente para suportar cargas variadas. No projeto de derivação, a configuração mais comum, os enrolamentos de campo são conectados paralelamente à carga da armadura, com uma fonte CC comum. Isso fornece velocidade ajustável com carga variável, o que é útil em máquinas-ferramentas e bombas centrífugas. Na configuração em série, uma fonte CC alimenta o campo e a armadura em série. Isso proporciona maior torque de partida para superar cargas intertiais em equipamentos, como trens, elevadores ou guinchos. Os motores de projeto composto usam circuitos de derivação e série para alto torque de partida e regulação de velocidade. O campo de shunt pode estar sendo carregado antes ou depois do campo da série. Agora que as configurações dos motores CC foram delineadas, será demonstrada a análise das relações de corrente, tensão e carga em motores CC de derivação.

Os dados coletados nos testes DC podem ser usados para construir modelos de circuitos equivalentes, se necessário. Antes de medir as características elétricas do motor CC, defina a fonte CC de baixa potência para 0.8 amperes e conecte os terminais de alimentação à armadura da máquina. Em seguida, registre a tensão e a corrente das fontes. Em seguida, use um multímetro para medir a tensão e a corrente na armadura, enrolando o campo de derivação e o campo em série. Use os dados para estimar a resistência em cada componente. Depois de medir as características básicas do gerador do motor DC, defina o reostato de campo embutido para as configurações máximas e meça sua resistência. Finalmente, defina o reostato de campo em série externa para seu limite superior e meça sua resistência.

Após os testes do motor DC, uma máquina síncrona é usada para girar a armadura da máquina DC. Assim, a máquina DC é executada como um gerador, sem excitação de campo, depois sem carga. Nessas condições, a tensão terminal é igual a EMF. A velocidade de rotação do gerador é medida e usada para calcular o magnetismo retido pela armadura na ausência de excitação da bobina, chamado magnetismo residual. Primeiro, verifique se a desconexão trifásica, o motor síncrono e o motor CC estão todos desligados. Em seguida, prenda um pequeno pedaço de fita adesiva ao rotor externo do motor CC. Depois de verificar se o variac está definido como zero por cento, conecte o variac à tomada trifásica. Em seguida, conecte a configuração conforme mostrado. Em seguida, verifique se a chave de início está na posição inicial. Após os ajustes no variac, confirme se todas as conexões estão desobstruídas nos terminais de alimentação. Só então, ligue a chave de desconexão trifásica. Em seguida, ligue o alto voltage fonte de alimentação DC, pressione o botão de exibição VI para exibir a corrente final de operação e ajuste o voltage botão para 125 volts. Não pressione o botão Iniciar antes de ajustar o voltage botão. Pressione o botão Iniciar no painel da fonte de alimentação CC e ligue o equipamento. Em seguida, aumente lentamente a saída variac até que a tensão terminal seja de 120 volts. Quando o motor síncrono atingir uma velocidade de rotação em estado estacionário, gire o interruptor de partida para funcionar. Preste atenção às mudanças de som da máquina. O som da máquina torna-se monotônico no estado estacionário. Use a luz estroboscópica para congelar o movimento do motor sincronizando a taxa estroboscópica com a velocidade de rotação do motor. A fita presa ao rotor aparecerá estacionária quando a luz estroboscópica for sincronizada. Confirme se essa taxa é a velocidade do motor aumentando lentamente a taxa estroboscópica para sincronizar o ventilador na próxima taxa mais alta. Se estiver correto, isso será o dobro da primeira taxa de sincronização estroboscópica observada. Essa sequência de inicialização será repetida antes de cada execução de teste subsequente. Após a inicialização, registre a velocidade de rotação do motor e a tensão da armadura. Em seguida, use esses dados para calcular a intensidade do campo magnético residual.

As máquinas DC são usadas em uma variedade de aplicações. Uma vez caracterizados os parâmetros operacionais de diferentes máquinas, eles podem ser escolhidos com base nas especificações de projeto para um dispositivo específico. O gerador DC pode ser caracterizado em várias configurações, como a configuração de derivação. Com o interruptor S1 aberto, para testes sem carga, os resistentes à carga final de campo são ajustados ao máximo. Em seguida, a velocidade do eixo e a tensão terminal são registradas conforme descrito anteriormente. A resistência do shunt é reduzida em cinco etapas até que a resistência mínima seja atingida. E a tensão e a corrente do terminal no resistor de derivação são medidas. O motor pode ser medido com cargas simuladas usando resistores de carga, seguindo o mesmo protocolo. Cada tipo de gerador DC tem sua própria saída de corrente de tensão. Os geradores de derivação podem fornecer tensão para uma ampla faixa de carga de corrente, enquanto os geradores em série fornecem tensão crescente com carga de corrente. Em uma variedade de aplicações, onde uma fonte de energia sem fio é preferida, como próteses motorizadas, os motores CC são o atuador de escolha. Em próteses de membros inferiores controladas neuralmente, sensores de superfície ou transdérmicos são usados para enviar sinais para articulações motorizadas no membro substituto, assim como em uma perna intacta. A flexão do portão e do pé é controlada de forma mais natural e intuitiva do que seria possível usando uma substituição rígida do membro.

Você acabou de assistir à introdução de Jove aos motores DC. Agora você deve entender como funciona um motor CC e como caracterizar seus parâmetros. Obrigado por assistir.