Motores DC
Fonte: Ali Bazzi, Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Connecticut, Storrs, CT.
A máquina DC opera com correntes e tensões DC em oposição a uma máquina CA, que requer correntes e tensões CA. As máquinas DC foram as primeiras a serem inventadas e utilizam dois campos magnéticos controlados pelas correntes DC. A mesma máquina pode ser facilmente reconfigurada para ser um motor ou gerador se a excitação de campo apropriada estiver disponível, uma vez que a máquina DC tem dois campos denominados campo e armadura. O campo geralmente está no lado do estator e a armadura está no lado do rotor (oposto ou de dentro para fora em comparação com as máquinas CA). A excitação de campo pode ser fornecida por ímãs permanentes ou uma enrolamento (bobina). Quando a corrente é aplicada na armadura ou bobina do rotor, ela passa da fonte DC para a bobina através de pincéis estacionários e anéis de deslizamento montados no rotor rotativo tocando os pincéis. Quando a bobina de armadura do rotor é um laço de transporte atual, e é exposta a um campo externo do estator ou ímã de campo, uma força é exercida no laço. Uma vez que o laço está "pendurado" em ambos os lados do motor usando rolamentos, a força produz um torque que irá girar o eixo do rotor em vez de movê-lo em qualquer outra direção.
Essa rotação faz com que os campos magnéticos se alinhem, mas, ao mesmo tempo, os anéis de deslizamento alternam os lados dos pincéis, ou "deslocamento", e é isso que é conhecido como o processo de comutação. Quando essa comutação ocorre, o fluxo de corrente na bobina do rotor é invertido e os campos magnéticos se opõem novamente, causando mais torque na mesma direção de rotação. Este processo continua e o eixo do rotor gira fornecendo ação motora. Na operação do gerador, a rotação mecânica é fornecida ao eixo do rotor e a corrente flui para fora do rotor depois que ele é induzido devido a uma bobina móvel sob um campo magnético.
As máquinas discutidas neste experimento têm um sinuoso campo em vez de ímãs permanentes. Um processo de comutação que é crítico na operação da máquina DC usa anéis de deslizamento e pincéis para transferir energia do rotor (armadura) para o mundo exterior, já que o rotor está girando e ter fios giratórios iria torcê-los e quebrá-los. No entanto, esses pincéis e anéis de deslizamento têm grandes desvantagens de confiabilidade, pois requerem manutenção regular, substituição de escovas, limpeza e podem causar faíscas. Isso levou à substituição da maioria das máquinas DC por máquinas CA que não têm esses problemas, e as máquinas DC restantes têm principalmente excitação permanente de campo ímã, como em brinquedos e ferramentas simples de baixa potência. As máquinas CA denominadas máquinas DC sem escova (ou BLDCs) são máquinas CA que utilizam um inversor eletrônico de fonte DC e energia para tirar as tensões CA do inversor.
O objetivo deste experimento é testar duas configurações principais da máquina DC: shunt e série. Os testes destinam-se a estimar o fluxo residual na máquina e estudar as características sem carga e carregamento de diferentes configurações.
1. Testes DC
- Com a fonte de alimentação DC de baixa potência limitada a 0,8 A, conecte os terminais de alimentação à armadura da máquina DC.
- Regisso da tensão DC do suprimento e leituras atuais.
- Estimar a resistência de cada enrolamento.
- Repita para os outros enrolamentos, campo de desvio e campo de série, um de cada vez.
- Desligue e desconecte a fonte de alimentação DC de baixa potência.
- Defina o reostat de campo embutido para máxima resistência e meça sua resis
Os enrolamentos de série normalmente carregam alta corrente nominal avaliada na corrente de armadura nominal da máquina, uma vez que tanto as séries quanto os enrolamentos de armadura estão em série. Portanto, espera-se que os enrolamentos da série estejam na ordem de um mΩ a alguns Ω. Os enrolamentos shunt, por outro lado, devem extrair corrente mínima da fonte que os alimenta junto com a armadura da máquina e, portanto, têm grandes valores de resistência de dezenas a centena...
As máquinas DC são significativamente menos comuns do que costumavam ser antes da invenção da indução de AC e máquinas síncrogas. Eles permanecem comuns em aplicações simples de baixa potência, como brinquedos, pequenos robôs e equipamentos legados. As máquinas permanentes de ímã DC, que usam abundantes ímãs não-raras, são mais comuns do que suas peças de shunt e contador de séries devido à excitação mais simples, especialmente em aplicações de baixo custo e baixa complexidade.
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