Este motor segue leis lineares de operação e, por isso, é mais fácil explorar totalmente suas características em comparação com motores síncronos ou assíncronos.
●Composição de um motor DC:
O estator é formado por uma carcaça de metal e um ou mais ímãs que criam um campo magnético permanente dentro do estator. Na parte traseira do estator estão os suportes da escova e a engrenagem da escova que fornecem contato elétrico com o rotor. O rotor é formado por uma carcaça de metal que carrega bobinas que são interconectadas no comutador na parte traseira do rotor. O comutador e o conjunto de escovas selecionam a bobina através da qual a corrente elétrica passa na direção oposta.
Princípio de funcionamento Qualquer que seja a complexidade dos enrolamentos das bobinas do rotor, uma vez energizados, podem ser representados na forma de um cilindro ferromagnético com um solenóide enrolado nele.
O fio do solenóide é na prática o feixe de fios localizado em cada ranhura do rotor. O rotor, quando energizado, age então como um eletroímã, o campo magnético seguindo o eixo que separa os fios do solenóide na direção da corrente que flui através deles.
O motor, portanto, consiste em imãs fixos permanentes (o estator) ímã móvel (o rotor) e uma carcaça de metal para concentrar o fluxo (o corpo do motor).(DRW 1)
(DRW 2)Pela atração de pólos opostos e repulsão de pólos iguais, um torque então atua no rotor e o faz girar. Este torque é máximo quando o eixo entre os pólos do rotor é perpendicular ao eixo dos pólos do estator. Assim que o rotor começa a girar, as escovas fixas fazem e quebram o contato com os segmentos rotativos do comutador por sua vez. As bobinas do rotor são então energizadas e desenergizadas de tal forma que, conforme o rotor gira, o eixo de um novo pólo do rotor é sempre perpendicular ao do estator. Devido à forma como o comutador está disposto, o rotor está em movimento constante, independentemente da sua posição. A flutuação do torque resultante é reduzida pelo aumento do número de segmentos do comutador, proporcionando assim uma rotação mais suave. Ao inverter a fonte de alimentação do motor, a corrente nas bobinas do rotor, e, portanto, os pólos norte e sul estão invertidos. O torque que atua no rotor é assim invertido e o motor muda seu sentido de rotação. Por sua própria natureza, o motor DC é um motor com sentido de rotação reversível.
●Torque e velocidade de rotação:
O torque gerado pelo motor e sua velocidade de rotação dependem um do outro.
Esta é uma característica básica do motor; é uma relação linear e é usada para calcular a velocidade sem carga e o torque de partida do motor.(DRW 1)
A curva para a potência de saída do motor é deduzida do gráfico de torque versus velocidade. (DRW 2) As curvas de torque x velocidade e potência de saída dependem da tensão de alimentação do motor.
A tensão de alimentação do motor pressupõe o funcionamento contínuo do motor a uma temperatura ambiente de 20°C em condições nominais de operação.
É possível alimentar o motor com uma tensão diferente (normalmente entre -50% e +100% da tensão de alimentação recomendada). Se for utilizada uma tensão inferior à alimentação recomendada, o motor será menos potente. Se for uma tensão superior for usado, o motor terá uma potência de saída mais alta, mas funcionará mais quente (recomenda-se operação intermitente).
Para variações na tensão de alimentação entre aproximadamente - 25% a + 50%, o novo gráfico de torque x velocidade permanecerá paralelo ao anterior. Seu torque de partida e velocidade sem carga variarão na mesma porcentagem (n%) como a variação na tensão de alimentação. A potência máxima de saída é multiplicada por (1 +畏%)2.
Exemplo: Para um aumento de 20% na tensão de alimentação
O torque de partida aumenta em 20% (x 1,2)
A velocidade sem carga aumenta em 20% (x 1,2)
A potência de saída aumenta em 44% (x 1,44)
Torque e corrente de alimentação:
Esta é a segunda característica importante de um motor DC. Ele é linear e é usado para calcular a corrente sem carga e a corrente com o rotor parado (corrente de partida).
O gráfico dessa relação não varia com a tensão de alimentação
do motor. O final da curva é estendido de acordo com o torque e a corrente de partida.
Esta constante de torque é tal que:：C=Kc(I锛岻o) O torque de atrito otacional é Kc. io. O torque é, portanto, expresso da seguinte forma: C=Kc. I锛岰f Cf=Kc. Io
Kc = Constantr de torque (Nm/A) C = Torque (Nm)
Cd= Torque de partida (Nm) Cf = Torque de fricção rotacional (Nm)
I = Corrente (A) Io = Corrente sem carga (A) Id = Corrente de inicialização (A)
O gradiente dessa curva é chamado de “constante de torque” do motor.
●Eficiência
O rendimento de um motor é igual à potência mecânica de saída que ele pode fornecer, dividida pela potência que ele absorve. A potência de saída e a potência absorvida variam em relação à velocidade de rotação, portanto o rendimento também é função da velocidade do motor. A eficiência máxima é obtida com uma determinada velocidade de rotação superior a 50% da velocidade sem carga.
●Aumento de temperatura
O aumento de temperatura de um motor é devido à diferença entre a potência absorvida e a potência de saída do motor. Essa diferença é a perda de potência. O aumento da temperatura também está relacionado ao fato de que a perda de potência, na forma de calor do motor, não é rapidamente absorvida pelo ar ambiente (resistência térmica). A resistência térmica do motor pode ser bastante reduzida pela ventilação.
●Importante
As características nominais de operação correspondem às características tensão-torque-velocidade necessárias para operação contínua a uma temperatura ambiente de 20°C. Fora destas condições de funcionamento só é possível um funcionamento intermitente: sem exceção, todas as verificações relativas a condições de funcionamento extremas devem ser efetuadas nas condições reais de aplicação do cliente para garantir um funcionamento seguro.
