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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Laboratório de Máquinas I – 2011.1

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FREIO E INVERSÃO DE VELOCIDADE DE UM MOTOR CC COM EXCITAÇÃO EM SEPARADO

Quando o circuito de armadura de um motor CC em operação é repentinamente desconectado da

fonte, certo tempo decorre para que a velocidade de rotação se anule. O tempo gasto para fazer com

que o motor chegue ao repouso depende da energia cinética armazenada no rotor do motor e do

atrito nos mancais. As técnicas de frenagem são utilizadas para fazer com que um motor pare

rapidamente.

Uma das técnicas de frenagem utilizada no motor CC é o Freio Dinâmico. Nesse tipo de

frenagem, o circuito de armadura do motor, após ter sido desconectado da fonte, é imediatamente

conectado a um resistor. A força contra-eletromotriz produz então uma corrente cuja direção é

oposta à direção da corrente quando a máquina estava operando como um motor. Assim, o motor

CC se comporta momentaneamente como um gerador e sua energia cinética é dissipada no resistor.

O resistor é colocado de modo a limitar a corrente de freio em até cerca de 150 % da corrente

nominal do motor. Como a velocidade do motor decresce, a corrente e a força contra-eletromotriz

também diminuem. Isso faz com que o motor pare bem mais rápido do que, simplesmente,

desligando-o da fonte. A corrente de armadura e o torque de freio são calculados através de (1) e

(2), respectivamente:

''a

RR

mK

aRR

EI

a

a

+

−=

+

−=

φω, (1)

T Ka

I

Ka

R Ra

m

a

= =−

+φ

φ ω2 2

' (2)

onde ωm representa a velocidade do motor e 'a

R o resistor de freio.

Pode-se observar que o sinal negativo significa que o torque de freio tem sentido contrário ao

torque motor. Também pode-se concluir que, quando a máquina atinge velocidade nula, o torque

deixa de existir e a máquina permanece parada.

Outra técnica de frenagem do motor é a Inversão da Tensão de Armadura. Nesse tipo de

frenagem, o sentido da polaridade da tensão aplicada à armadura do motor CC é invertido.

Antes da inversão, a força contra-eletromotriz tem polaridade oposta a da tensão de armadura.

Como a resistência de armadura geralmente é muito pequena, o módulo da força contra-eletromotriz

é quase igual ao da tensão aplicada aos terminais do motor. Logo após a inversão da polaridade da

tensão de armadura, a força contra-eletromotriz do motor e a tensão aplicada passam a ter

polaridade aditiva. Isto significa que a tensão total aplicada ao circuito de armadura é quase duas

vezes o valor da tensão terminal Va.

Para proteger o motor desse salto repentino da corrente de armadura, uma resistência externa

deve ser adicionada ao circuito de armadura. A corrente de armadura reduz a zero e inverte sua

direção. O mesmo acontece com o torque eletromagnético e a velocidade. A corrente de armadura e

o torque de freio são, respectivamente, calculados através das equações (3) e (4):

''''a

RR

mK

aRR

Va

aRR

E

aRR

VaI

a

a

+

−+

+

−=

+

−+

+

−=

φω, (3)

'

a

m

'a

aRR

2aK

RR

aKaVIaKT

2

+

ωφ−+

+

φ−=φ= , (4)

2

Ainda é importante notar que, para ωm = 0, há um torque negativo, o que indica que o motor

passa então a girar em sentido contrário.

Freio Regenerativo

O freio regenerativo consiste em aproveitar a energia cinética da máquina e transferi-la de

volta para a fonte. Este tipo de freio é aplicado em trens, elevadores, teleféricos e em aplicações

industriais.

Considere o exemplo de um motor para acionamento de trem. Em condições normais de

operação, a força contra-eletromotriz é um pouco menor do que a tensão aplicada nos terminais do

motor. Mantendo constante o fluxo magnético no núcleo de ferro do motor, a força contra-

eletromotriz é diretamente proporcional à velocidade do motor. Quando o trem começa a descer, sua

velocidade começa a aumentar, e, por conseqüência a força contra-eletromotriz também aumenta.

Se a força contra-eletromotriz se tornar maior que a tensão aplicada nos terminais do motor, a

corrente de armadura inverte sua direção e o motor passa a operar como um gerador enviando a

energia de volta para a fonte. Como a direção da corrente de armadura se inverteu, o torque

eletromagnético desenvolvido também inverteu.

Deve-se ressaltar que, para a realização do freio regenerativo, o circuito entre o motor e a

fonte deve ser capaz de conduzir em ambas as direções e a fonte capaz de absorver energia. A força

contra-eletromotriz pode ser feita maior que a tensão da fonte, seja por um aumento de Ea ou por

uma redução de Va.

Referências Bibliográficas

[1] Guru, B.S and Hiziroglu, H.R. ‘Electric Machinery and Transformers’. Harcourt Brace

Jovanovich Publishers. 1988

[2] Dubey, G.K. ‘Power Semiconductor Controlled Drives’. Prentice-Hall International Edition

1989.

OBJETIVOS

- Parar o motor cc usando o freio dinâmico.

- Inverter o sentido de rotação da máquina invertendo-se a tensão de armadura.

PROCEDIMENTOS

Fig.1 - Circuito para montagem em laboratório: freio dinâmico.

1) Teste o retificador da bancada: verifique todos os diodos.

2) Monte o circuito mostrado na figura 1.

3) Verifique se as ligações estão corretas. Coloque o reostato de partida na posição de resistência

máxima (aprox. 8,3 Ω) e matenha a chave S aberta.

4) Alimente o circuito do retificador ligando a chave principal da bancada. Em seguida, acione o

motor através da chave S.

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5) Desligue a tensão de armadura através da chave S (desfaça a conexão da posição 1) e verifique

quanto tempo o motor leva para parar. Tempo de parada = s.

6) Acione novamente o motor através da chave S.

7) Quando o motor estiver com velocidade de regime mude rapidamente a chave S da posição 1

para a posição 2 e anote o tempo que o motor leva para parar. Tempo de parada = s.

8) Compare o tempo medido no item 4 com o medido no item 6, e explique o porquê da diferença.

9) Substitua o resistor de 12 Ω (resistor de freio, Rd) por um banco de lâmpadas e freie

dinamicamente o motor para as situações abaixo e comente suas observações

8.1 Uma lâmpada ligada. Tempo de parada = s

8.2 Duas lâmpadas ligadas. Tempo de parada = s

8.3 Cinco lâmpadas ligadas. Tempo de parada = s

10) Desligue a bancada (ambas as chaves da bancada).

11) DESMONTE TUDO (Desfaça todas as conexões).

12) Monte o circuito da figura 2 para inversão da tensão de alimentação do motor.

Fig.2 Circuito para verificação da inversão de tensão de armadura do motor cc

13) Verifique se as ligações estão corretas.Coloque o reostato de partida na posição de resistência

máxima (aprox. 8,3 Ω).

14) Alimente o circuito do retificador ligando a chave principal da bancada.

15) Dê partida no motor através da chave S. ATENÇÃO: OBSERVE QUE A PARTIDA DEVE SER FEITA EM 1-1´.

16) Quando o motor estiver com velocidade de regime permanente, mude rapidamente a chave S

da posição 1 para a posição 2. Observe o que acontece com a velocidade do motor e com a

corrente de armadura após a mudança de posição da chave. Explique o que acontece.

ATENÇÃO: NÃO FAÇA OUTRA INVERSÃO APÓS A PRIMEIRA INVERSÃO.

17) Desligue o motor utilizando a chave S. Retorne a chave S para o estado aberto.

18) Usando um osciloscópio digital, obtenha o formato de onda da corrente de armadura durante a

reversão de tensão do motor (repetição do item 15). Capture a forma de onda da corrente e inclua no relatório. Comente suas observações sobre a forma de onda obtida.