geradores de corrente contínua.pdf

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1- Componentes de uma Máquina C.C

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• ARMADURA - Em um motor, a armadura recebe a corrente proveniente de uma fonte elétrica externa. Isto faz a armadura girar. Em um gerador, a armadura gira por efeito de uma força mecânica externa. A tensão gerada na armadura é então ligada a um circuito externo. Em resumo, a armadura do motor recebe a corrente de um circuito externo (a fonte de alimentação), e a armadura do gerador libera corrente para um circuito externo (a carga). Como a armadura gira, ela é também chamada de rotor.

• COMUTADOR - Uma máquina CC tem um comutador para converter a corrente alternada (induzida) que passa pela sua armadura em corrente contínua liberada através de seus terminais (no caso do gerador). O comutador é constituído por segmentos de cobre, com um par de segmentos para cada enrolamento da armadura.

• ESCOVAS - São conectores de grafita fixos, montados sobre molas que permitem que eles deslizem(ou “escovem”) sobre o comutador no eixo da armadura. Assim, as escovas servem de contato entre os enrolamentos da armadura e a carga externa (no caso do gerador).

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ENROLAMENTO DE CAMPO - Este eletroímã produz o fluxo interceptado pela armadura. Em um motor, a corrente para o campo é fornecida pela mesma fonte que alimenta a armadura. Em um gerador, a fonte de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de excitador, ou proveniente da própria armadura. Constituído de umas poucas espiras de fio grosso para o campo-série ou muitas espiras de fio fino para o campo-shunt (em derivação).

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2- Geração de uma Onda Alternada

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3- Comutador de uma Máquina C.C

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4- Processo de Comutação

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4- Processo de Comutação

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5- Ação do Comutador em uma Máquina C.C

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5- Ação do Comutador em uma Máquina C.C

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6- Plano Neutro

• Em um gerador, a área onde nenhuma tensão pode ser induzida numa espira da armadura é chamada de plano de comutação ou plano neutro. Este plano está a meia distância entre pólos norte e sul adjacentes.

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6- Plano Neutro

• Se deslocarmos as escovas alguns graus, elas porão a bobina em curto quando ainda estiver cortando o campo magnético. Como conseqüência, uma tensão será induzida na bobina em curto e a corrente de curto-circuito causará centelhamento nas escovas. Esta corrente de curto-circuito pode danificar seriamente as bobinas e queimar o comutador.

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7- Reação da Armadura • Quando a armadura gira no sentido do movimento dos ponteiros do

relógio, a corrente no lado esquerdo da bobina sai da página, e no lado direito entra na página. A figura mostra como o campo da armadura distorce o campo principal e como o plano neutro é deslocado no sentido da rotação. Se as escovas forem mantidas no plano neutro original, elas colocarão em curto bobinas com tensão induzida. Conseqüentemente, haverá centelhamento entre as escovas e o comutador.

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8- Excitação de Campo

• Excitação Independente

Auto-excitação Shunt ou Derivação – muitas espiras de fio fino

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• Auto-excitação Série – Poucas espiras de fio grosso

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• Excitação Composto – Utilizando os campos shunt e série.

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8- Excitação de Campo utilizando Reostato

• Os reostatos de campo são resistências ajustáveis colocadas nos circuitos de campo para variar o fluxo do campo e, portanto, a

fem gerada pelo gerador.

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9- Circuito Equivalente do Gerador

Vta - tensão nos terminais da armadura, V

Vg-tensão gerada na armadura ou força eletromotriz fem, V

Vt - tensão nos terminais do gerador, V

ra - resistência do circuito da armadura (incluindo a resistência de contato nas escovas),

rs - resistência do campo em série,

rd - resistência do campo em derivação,

Ia - corrente da armadura, A

Is - corrente do campo em série (Is=Ia ou Is=IL), A

Id - corrente do campo em derivação, A

IL - corrente da carga (ou corrente na linha), A

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10- Exercícios

Exemplo 1 - O gerador de 100 kW , 250 Volts, possui uma resistência de armadura (incluindo as escovas) de 0,025 , e uma resistência de campo em série de 0,005 . Ele é mantido em 1.200 rotações por minuto (rpm) através de um motor de velocidade constante. Calcule a tensão gerada na armadura.

Exemplo 2 - Uma carga de 19,2 kW é alimentada pelos terminais de um gerador Shunt com 2 pólos e 240 V. O enrolamento derivador do gerador tem resistência de 96 e a resistência da armadura é de 0,2 . Há uma queda de tensão nos contatos das escovas de 2 V. Calcule: (a) a corrente na armadura; (b) a fem gerada; e (c) as perdas no cobre da máquina.

Exemplo 3 - Um gerador CC supre uma carga de 80 A através de cabos com resistência total de 0,05 . A resistência de seu circuito de armadura é de 0,1 e há uma queda de tensão de 1 V nas escovas. Calcule sua fem gerada, de modo que a tensão nos terminais da carga seja de 200 V.

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11- Equação da Tensão no Gerador

A tensão média Vg gerada por um gerador pode ser calculada através da fórmula: Vg - tensão média gerada por um gerador CC, V; p- número de pólos; z - número total de condutores da armadura; - fluxo por pólo, Wb; n - velocidade da armadura (ou rotor), rpm; a - número de caminhos paralelos através da armadura, dependendo do tipo de

enrolamento da armadura. onde

a.60

n..Z.PVS

V k ng

a60

Zpk

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11.1- Enrolamento Imbricado e Ondulado

a) Enrolamento Imbricado e Ondulado

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12- Regulação de Tensão no Gerador

A regulação de tensão de um gerador é a diferença entre a tensão nos terminais sem carga (SC) e com carga máxima (CM), e é expressa como uma porcentagem do valor da tensão nos terminais com carga máxima (ou carga nominal).

%100V

VV(%)R

CM

CMSC

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13- Perdas e Eficiência de uma Máquina C.C

As perdas nos geradores e motores consistem nas perdas no cobre dos circuitos elétricos

(enrolamento da armadura e enrolamento de campo), nas perdas no ferro dos circuitos

magnéticos (núcleo do rotor e estator) e nas perdas mecânicas produzidas pela rotação da

máquina. As perdas incluem:

1. Perdas no cobre.

(a) Perdas no enrolamento da armadura Ra.Ia2.

(b) Perdas nos enrolamentos de campo.

i) Rd.Id2 no campo em derivação.

ii) Rs.Is2 no campo em série.

2. Perdas no ferro.

(a) Perdas por correntes parasitas.

(b) Perdas por histerese.

3. Perdas mecânicas ou rotacionais.

(a) Perdas por atrito.

i) Atrito nos mancais (rolamentos).

ii) Atrito nas escovas.

iii) Atrito com o ar (ventilação).

Entrada

SaidanciaeEfici ˆ

PerdasSaida

Saida

Entrada

PerdasEntradanciaeEfici

ˆ

%100% ˆ Entrada

SaidanciaeEfici

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Exercícios sobre Geradores de C.C

1- Um gerador composto em derivação curta fornece 210 A para uma carga com 250 V. A sua resistência de campo em derivação é de 24,6 , a resistência do reostato do campo em derivação é de 6,4 , a resistência do campo série é de 0,038 e a resistência da armadura é de 0,094 . Calcule as perdas no cobre:

a) No enrolamento do campo em derivação; b) No reostato do campo em derivação; c) No campo série; d) No enrolamento da armadura; e) Se as perdas por rotação em condições de carga máxima forem 800 W,

qual o rendimento do gerador? 2- Uma carga de 19,2 kW é alimentada pelos terminais de um gerador Shunt

com 2 pólos e 240 V. O enrolamento derivador do gerador tem resistência de 96 e a resistência da armadura é de 0,2 . Há uma queda de tensão nos contatos das escovas de 2 V. Calcule: (a) a corrente na armadura; (b) a fem gerada; e (c) as perdas no cobre da máquina.

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Exercícios sobre Geradores de C.C

3- As características que seguem referem-se a um certo gerador CC com derivação. Número de pólos, 6; enrolamento de armadura, 750 condutores, ligação imbricada, resistência total, 0,5; fluxo utilizável por pólo, 0,03 Wb; resistência do enrolamento de campo, 150 ; queda de tensão nos contatos das escovas, 2 V. Calcule a velocidade que a máquina deve possuir para gerar 12,5 kW com uma tensão terminal de 250 V.

4- Um gerador em derivação tem uma resistência de campo de 50 em série com um reostato. Quando a tensão no terminal do gerador é de 110 V, a corrente de campo é de 2 A . Qual é a resistência no reostato do campo em derivação?

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