Sobre os métodos mais comuns de controle de velocidade em motores CC, marque se as afirmativas estão corretas ou não com V ou F, explicando sua resposta em cada situação.
a. \_\_\_\_ Controle da corrente de campo;
b. □ ) Variação da resistência associada ao circuito da armadura;
c. \_\_\_\_ ) Variação das tensões dos terminais da armadura.

Passo 1

O enunciado dá três afirmativas sobre métodos de controle de velocidade em motores CC e pede que eu marque cada uma com V (verdadeira) ou F (falsa) e explique a razão em cada caso. As afirmativas são:
  • a. \_\_\_\_ Controle da corrente de campo;
  • b. \_\_\_\_ Variação da resistência associada ao circuito da armadura;
  • c. \_\_\_\_ Variação das tensões dos terminais da armadura.
O que é pedido: para cada item, dizer se é correto como método de controle de velocidade e justificar por que é correto ou não.

Passo 2

Primeiro, vamos escrever a equação elétrica básica do circuito da armadura e a relação eletromagnética que liga velocidade e fluxo, porque essas fórmulas mostram imediatamente como cada método atua.
  • Equação do circuito da armadura (lei de Kirchhoff/queda de tensão):
V_a = E_a + I_a R_a,
onde:
  • V_a é a tensão aplicada aos terminais da armadura,
  • E_a é a força contra-eletromotriz (f.e.m.) induzida na armadura,
  • I_a é a corrente na armadura,
  • R_a é a resistência total do circuito da armadura (inclui a resistência do enrolamento e qualquer resistência externa série).
  • Relação entre f.e.m. e velocidade:
E_a = k\,\varphi\,\omega,
onde:
  • k é uma constante do motor (depende do enrolamento e construção),
  • \varphi é o fluxo por polo (proporcional à corrente de campo),
  • \omega é a velocidade angular do rotor (por exemplo, em rad/s).
Juntando as duas equações, isolamos a velocidade:
\omega = \frac{V_a - I_a R_a}{k\,\varphi}.
Essa fórmula é a chave: ela mostra como V_a, I_a, R_a e \varphi influenciam \omega.
Vou explicar com calma o que cada termo faz fisicamente:
  • O numerador V_a - I_a R_a é a f.e.m. E_a efetiva disponível para “girar” a máquina; se V_a aumenta, E_a (e portanto \omega) tende a aumentar; se I_a R_a aumenta (mais queda de tensão na resistência), E_a diminui e \omega diminui.
  • O denominador k\varphi mostra que, para mesma E_a, quanto maior o fluxo \varphi, menor a velocidade \omega: velocidade é inversamente proporcional ao fluxo.

Passo 3

O que significa controlar a corrente de campo: alterar I_f (corrente do enrolamento de campo) muda o fluxo \varphi (pois \varphi\propto I_f em regime linear).
Usando a fórmula:
\omega = \frac{V_a - I_a R_a}{k\,\varphi},
se \varphi diminui (campo enfraquecido), o denominador diminui e, para praticamente a mesma V_a e I_a, a velocidade \omega aumenta. Se \varphi aumenta (campo mais forte), \omega diminui.
Conclusão e observações didáticas:
  • Portanto, controlar a corrente de campo é um método válido de controlar velocidade: marca-se como verdadeiro.
  • Uso prático: é especialmente útil para obter velocidades acima da velocidade base (weak-field speed control). Não é eficiente/seguro para baixo giro em situações que exigem grande torque, porque reduzir \varphi reduz também a capacidade de produzir torque (torque \tau \propto \varphi I_a), podendo causar queda de torque e instabilidade.
  • Exemplo simples (sem cálculo complexo): se tudo mais for quase constante e eu reduzir \varphi pela metade, a velocidade tende a dobrar (aproximação quando I_aR_a é pequeno).

Passo 4

O que significa variar a resistência na armadura: acrescentar uma resistência série R_{ext} altera o termo R_a da fórmula. A equação fica
\omega = \frac{V_a - I_a (R_a + R_{ext})}{k\,\varphi}.
Efeito direto:
  • Aumentar R_{ext} aumenta a queda de tensão I_a(R_a+R_{ext}), reduzindo o numerador e, portanto, reduzindo \omega.
  • Diminuir R_{ext} tem o efeito oposto (aumenta \omega até o limite imposto por V_a e \varphi).
Conclusão e observações didáticas:
  • Logo, variar a resistência do circuito da armadura é de fato um método de controle de velocidade — marca-se como verdadeiro.
  • Porém: é ineficiente energeticamente porque a potência P_{diss} = I_a^2 R_{ext} é dissipada em calor. Por isso, é usado apenas em aplicações simples, em motores pequenos ou como método de partida (limitar corrente de partida), não sendo o preferido para controle contínuo de velocidade em sistemas modernos.
  • Também tem limite prático: não permite aumentar a velocidade acima da que o V_a impõe; só reduz a velocidade (quando se aumenta a resistência).

Passo 5

O que significa variar V_a: alterar diretamente a tensão aplicada à armadura (por exemplo, com um conversor eletrônico de tensão, variação de tensão de alimentação, controle por PWM/chopper, etc.).
Da fórmula:
\omega = \frac{V_a - I_a R_a}{k\,\varphi},
fica claro que aumentando V_a o numerador aumenta e, portanto, \omega tende a aumentar; reduzindo V_a, \omega diminui.
Conclusão e observações didáticas:
  • Portanto, variar a tensão nos terminais da armadura é um método direto, eficiente e muito comum de controle de velocidade — marca-se como verdadeiro.
  • Uso prático: controle por variação de tensão ou por conversores eletrônicos permite controle preciso e eficiente tanto acima quanto abaixo da velocidade base (dentro dos limites do motor), e é o método mais usado em aplicações modernas.
  • Nota extra para a prova: quando pedirem “método eficiente”, pense em variação de V_a por eletrônica de potência; quando pedirem “método simples/antigo”, pense em R_{ext}; quando pedirem “controle para velocidades acima da base”, pense em variação de I_f (campo).

Passo 6

  • Afirmativa (a): verdadeira porque controlar I_f altera \varphi e a velocidade varia aproximadamente como 1/\varphi para mesma f.e.m.
  • Afirmativa (b): verdadeira porque variar R_a altera a queda I_a R_a e assim altera a f.e.m. disponível E_a, mudando \omega; porém é ineficiente e limitado.
  • Afirmativa (c): verdadeira porque variar V_a altera diretamente o numerador da expressão de \omega, sendo um dos métodos mais diretos e eficientes.

Resposta

a) V
b) V
c) V

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