O aumento de carga mecânica no eixo do motor CC provoca:
a) Aumento da tensão de armadura.
b) Aumento da corrente de armadura.
c) Diminuição da tensão da armadura.
d) Diminuição da corrente de armadura.
a) Aumento da tensão de armadura.
b) Aumento da corrente de armadura.
c) Diminuição da tensão da armadura.
d) Diminuição da corrente de armadura.
Passo 1
O enunciado pergunta qual é a consequência de um aumento da carga mecânica no eixo de um motor CC entre as alternativas:
a) Aumento da tensão de armadura.
b) Aumento da corrente de armadura.
c) Diminuição da tensão da armadura.
d) Diminuição da corrente de armadura.
a) Aumento da tensão de armadura.
b) Aumento da corrente de armadura.
c) Diminuição da tensão da armadura.
d) Diminuição da corrente de armadura.
Informações implícitas que usaremos (não foram dadas pelo enunciado, mas são hipóteses padrão para entender o efeito):
- A tensão de alimentação
do motor é mantida constante. - O campo magnético (fluxo
) é aproximadamente constante (caso típico de motor de excitação separada ou shunt). - Estamos falando de um motor CC em regime estacionário ou quasi-estacionário quando a carga aumenta.
Passo 2
Apresentar as equações básicas do motor CC e explicar cada termo.
Equação de tensão do circuito de armadura:
onde:
-
é a tensão aplicada à armadura (fonte, constante neste problema), -
é a força contra-eletromotriz (back EMF), -
é a corrente de armadura, -
é a resistência da armadura.
Explicar:
aparece porque o rotor em rotação gera uma tensão que se opõe à alimentação; quanto maior a velocidade, maior
.
Relação torque-corrente:
onde:
-
é o torque eletromecânico desenvolvido pelo motor, -
é constante de máquina (depende da construção), -
é o fluxo de campo por polo (assumido constante), -
é a corrente de armadura.
Explicar: o torque é (na prática) diretamente proporcional à corrente de armadura quando o fluxo é fixo.
Relação entre
e velocidade:
onde:
-
é constante de máquina (relacionada com ), -
é a velocidade angular do eixo.
Explicar:
cresce com a velocidade porque um condutor que corta linhas de fluxo gera tensão.
Passo 3
Relacionar aumento de carga mecânica com o torque necessário.
Quando a carga mecânica no eixo aumenta, a carga resistente
exige maior torque do motor para manter a rotação. Em regime estacionário aproximado, o torque do motor deve igualar o torque da carga:
Pelo modelo, se
e
são constantes, então
Logo, para um
maior,
precisa aumentar. Isso já indica que a corrente de armadura aumenta com a carga mecânica.
Passo 4
Explicar o papel da tensão
e da contra-EMF
no aumento de corrente.
Como
é fixo, a única forma de
aumentar é que
seja satisfeito com maior
. Quando a carga aumenta, o motor tende a desacelerar um pouco (
diminui), então
diminui. Essa diminuição de
reduz a oposição à tensão aplicada, permitindo que
suba até que o novo
produza o torque necessário. Em resumo:
- Carga ↑ → torque exigido ↑ → velocidade cai um pouco →
diminui → aumenta até equilibrar o torque.
Passo 5
Verificação das alternativas usando o raciocínio acima.
a) Aumento da tensão de armadura.
- Não: a tensão aplicada
é a fonte e não aumenta por causa da carga. O que muda internamente é e , não . Então (a) é falsa.
b) Aumento da corrente de armadura.
- Sim: conforme mostrado em
e pela redução de , a corrente de armadura aumenta quando a carga exige mais torque. Então (b) é verdadeira.
c) Diminuição da tensão da armadura.
- Não: a tensão aplicada
não diminui por aumento de carga (a menos que a fonte tenha queda interna, mas enunciado não indica isso). O que diminui é a contra-EMF , não a tensão de armadura aplicada. Portanto (c) é falsa.
d) Diminuição da corrente de armadura.
- Não: pelo contrário, a corrente aumenta para fornecer mais torque. Então (d) é falsa.
Passo 6
Observações e exceções rápidas (para não te deixar com dúvida na prova):
- Em motores série a comportamento qualitativo é o mesmo: aumento da carga normalmente provoca aumento de
(porém aí depende de , o que complica a curva), mas a corrente aumenta de qualquer forma para suprir maior torque. - Se a fonte de alimentação tivesse limitação forte (queda de
), efeitos adicionais poderiam aparecer, mas questões típicas assumem fonte ideal.
Resposta
b) Aumento da corrente de armadura.