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Experiência 03: MOTOR CC X GERADOR SÍNCRONO. Objetivo Geral:

- Conhecer as semelhanças e diferenças entre máquinas de corrente contínua e

máquinas síncronas.

Objetivos Específicos:

- Estudar e manusear um Motor CC didático (aberto);

- Visualizar as principais partes do Motor CC: enrolamentos de campo e armadura, pólos,

interpólos, rotor, escovas e comutador;

- Acionar o Motor CC e alterar sua velocidade através da corrente de armadura;

- Estudar e manusear um Gerador Síncrono didático (acionamento manual);

- Visualizar as principais partes do Gerador Síncrono: enrolamentos de campo e

armadura, pólos, rotor e escovas;

- Acionar o Gerador Síncrono e visualizar a tensão gerada no Osciloscópio.

RESUMO DA TEORIA

Motor CC

O funcionamento de um motor de corrente contínua é relativamente simples. A figura

1 mostra o funcionamento da máquina CC elementar. Se a bobina central da figura 1 é

precorrida por corrente elétrica, um campo magnético será criado na direção vertical e

sentido definido pela regra da mão direita. Caso esta bobina esteja submersa num campo

magnético externo horizontal, um torque será criado no sentido de alinhamento destes

dois campos.

Quando a bobina central girar 90° os campos estarão alinhados e não haverá mais

torque. Ainda, se por inércia esta bobina girar mais de 90° será criado um torque no

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sentido contrário à rotação, fixando a bobina na posição de alinhamento do campo

externo com o campo produzido pela bobina.

Para permitir que um motor CC mantenha sua rotação, é necessário utilizar um

comutador. O comutador tem a função de inverter o sentido da corrente elétrica da bobina

girante no instante em que ela atinge o ponto de alinhamento dos campos descrito

anteriormente, desta forma cria-se um torque que age no sentido de manter o movimento.

A figura 2 mostra o comutador num motor CC elementar.

Em uma máquina de corrente contínua, o estator, responsável pela criação do

campo externo é chamado de CAMPO. O Rotor, que recebe corrente nominal, é

conhecido como ARMADURA , ele deve suportar os esforços elétricos e mecânicos que

ocorrem durante a operação do motor.

Figura 2 - Esquema simplificado do Inversor .

Figura 1 - Máquina CC elementar (básica).

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Na máquina CC elementar, com um comutador de apenas 2 segmentos, cria uma

variação abrupta no campo criado pelo enrolamento de armadura de 180°, invertendo

instantaneamente o sentido da corrente.

Máquinas reais possuem os enrolamentos de armadura distribuídos, conforme

mostra a figura 3, que ilustra o comutador de uma máquina CC de dois pólos.

No motor da figura 3 ocorre comutação a cada 30° me cânicos de rotação, mantendo

sempre um ângulo de aproximadamente 90° entre os ei xos magnéticos do campo e

armadura.

Gerador Síncrono

O gerador síncrono também possui um princípio de funcionamento simples. Uma

bobina fixa ao eixo é percorrida por corrente contínua e desta forma produz um campo

magnético de intensidade constante. No estator existe uma bobina, com a rotação do eixo

(causada por uma máquina primária, como turbina hidráulica ou motor a combustão), o

fluxo “visto” por esta bonina varia no tempo, e desta forma uma força eletromotriz (f.e.m.)

é criada na bobina do estator. Caso exista uma carga conectada ao enrolamento do

estator, uma corrente elétrica irá circular do gerador para a carga.

No gerador síncrono o enrolamento do rotor, responsável pela criação de um campo

de intensidade constante é conhecido como CAMPO. O enrolamento do estator, que

suporta a corrente nominal do gerador, é conhecido como ARMADURA .

A figura 4 ilustra um gerador síncrono com dois pólos, e a figura 5 mostra um gráfico

do fluxo “visto” pela armadura e a fem consequente da derivação deste fluxo.

Figura 3 - Funcionamento do Comutador .

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As semelhanças e diferenças entre a Máquina CC e a Máquina Síncrona são

evidenciadas na figura 6. A título de exemplo a figura 6 mostra o esquema de (a) um

motor CC de dois pólos (salientes no estator) e (b) um gerador síncrono com quatro pólos

(salientes no rotor).

Figura 6 - a) Máquina CC e b) Máquina Síncrona .

Figura 5 - a) Fluxo estatórico e b) tensão gerada do Gerador Síncrono .

Figura 4 - Gerador Síncrono elementar .

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PARTE EXPERIMENTAL

Material necessário:

01 Motor CC (aberto) com finalidade didática 01 Gerador Síncrono didático com acionamento manual 08 Cabos com pinos bananas nos terminais 01 Osciloscópio 01 Ponteira de tensão para osciloscópio 01 Fonte de tensão com dois canais independentes a) PRIMEIRA PARTE – Motor de Corrente Contínua

− Conecte o motor CC com excitação independente; − Alimente o campo do motor com um canal da fonte de tensão;

− Limitar a tensão de campo em 12 Vcc. − Alimente a armadura do motor com o outro canal da fonte de tensão; − Altere a tensão de armadura e verifique a mudança na velocidade de rotação.

Responda: _____________________________________

Porque limitar a tensão de campo? _____________________________________

_____________________________________

O que ocorre com a rotação do motor caso reduzir a tensão de armadura à metade?

__________________________________________________________________________

O que ocorre caso a corrente de campo seja interrompida?

__________________________________________________________________________

O que implica o fato do motor operar aberto, com somente um dos pólos do campo energizado?

_______________________________________________________________________________________________________________

b) SEGUNDA PARTE – Gerador Síncrono

− Conecte o gerador em ∆ paralelo (220V); − Alimente o campo com a fonte de tensão;

− Limitar a tensão de campo em 12 Vcc. − Utilize a manivela conectada ao eixo e rotacione manualmente o gerador; − Ajuste o osciloscópio e visualize a tensão gerada;

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Responda: O que ocorre com a frequência da tensão gerada caso a rotação dobrar?

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O que ocorre com o valor da tensão com a variação do campo?

__________________________________________________________________________

Qual o valor da tensão gerada (Vpp) em volts?

__________________________________________________________________________

Referências Bibliográficas:

[1] FITZGERALD, Arthur E.; KINGSLEY, Charles; UMANS, Stephen D., Máquinas

elétricas. 6.ed. PORTO ALEGRE: Bookman, c2006. 648p.