Enciclopédia Record de Eletricidade e Eletrônica_Motores e Geradores_Parte1

Ttudo original norte-americano BASIC ELECTRICITY/ELECTRONICS

(Vol. 5 Motors & Generators How They Work)

Copyright (C) 1964,1966,1968 by Howard W. Sams & Co. Inc.Indianapolis, Indiana 46268

em todo o mundo

20921 Rio de Janeiro, RJ que se reserva a propriedade literria desta traduo

Impresso no Brasil

AgradecimentosAgradecemos a todos aqueles que participaram da pre

pararo, compilaro e diagramaro desta srie, especialmente a Bernard C Monnes, Especialista em Educao da Escola de Eletrnica da Marinha dos Estados Unidos, cuja contribuio em todos os setores acima foi inestimvel.

Estendemos tambm nossos agradecimentos ao Tenente Loren Worley, da Marinha Norte-Americana, e a Ashley G. Skidmore, do Departamento da Marinha, que ajudaram a projetar esta coleo, e a Irene e Don Koosis, Raymond Mungiu, George V. Novotny e Robert J. Brite, que colaboraram na parte tcnica. O trabalho de Robert L. Snyder na preparao e organizao de toda a srie merece meno especiaL g

O uso do ensino programado nesta coleo foi sugerido por Stanley B. Schiffman, funcionrio da Training & Re- training, Inc.i Finalmente, queremos agradecer ao corpo editorial da Howard W. Sms & Co., que nos prestou toda a assistncia necessria.

Seymour D. Uslan, Editor-Chefe Training & Retraining, Inc.

Introduo

Este volume, o quinto e ltimo da coleo, trata do$ motores e geradores de corrente contnua e alternada. Nossa inteno dar ao leitor uma compreenso profunda dos princpios que regem o funcionamento dos motores e geradores. Apresentamos as caractersticas dos diversos tipos de mquinas para que o estudante possa relacionar cada tipo s aplicaes prticas. Deste modo o leitor mantm vivo seu interesse e ao mesmo tempo adquire conhecimentos de alto valor prtico.

p QUE VOC VAI APRENDER

Voc ver que o funcionamento dos motores e geradores depende dos princpios bsicos de eletricidade de que j tratamos nos outros volumes desta coleo.

Em primeiro lugar estudaremos os diversos meios de transformar energia mecnica em energia eltrica e vice- versa. Voc se familiarizar com certos termos como comutador, anis, momento, regra da mo esquerda, escova, armadura e muitos outros.

Estudaremos pormenorizadamente os geradores de corrente contnua. Veremos caractersticas de construo, como rolamentos, ncleos etc. Examinaremos os diversos tipos de enrolamento: ondulado, imbricado simples, imbricado duplo e imbricado triplo. Conheceremos as propriedades dos geradores derivao, srie, de excitao composta e de excitao independente. Estudaremos as diversas perdas que ocor

rem nas mquinas eltricas (perdas no cobre, perdas por correntes de Foucault, perdas por histerese). Veremos o que a reao da armadura e como atenuar seus efeitos. Aprenderemos a ligar geradores de CC em paralelo e conheceremos os cuidados necessrios a sua manuteno.

Veremos que os motores de CC so estruturalmente semelhantes aos geradores. Estudaremos a fora contra-eletro-> motriz e a reao da armadura nos motores de CC. Examinaremos os diversos tipos de motores: derivao, srie e de excitao composta. Estudaremos vrios dispositivos de partida dos motores de CC e os mtodos mais comuns de controle de velocidade,

O captulo sobre geradores de corrente alternada examina os geradores sncronos e de induo, monofsicos e trifsicos. Discutiremos os efeitos da reao da armadura, os mtodos de controle de freqncia e de regulao de tenso. Aprenderemos a ligar geradores de CA em paralelo.

Estudaremos a influncia dos campos eletromagnticos trifsicos sobre o funcionamento de certos motores. Conheceremos os motores polifsicos sncronos e de induo. Estudaremos tambm vrios tipos de motores monofsicos, inclusive os motores de anis nos plos, de fase partida, comcapacitores, de repulso, de induo com partida de repulso e universais.

Examinaremos exaustivamente os sistemas de transmisso de energia eltrica trifsica, bem como as relaes de tenso, corrente e potncia nos sistemas com ligao em Y e em delta.

Estudaremos os dispositivos usados para transformar a energia eltrica de uma forma para outra (CA em CC, CC em CC de outra tenso etc.). Finalmente estudaremos os sistemas de controle, inclusive servo-motores, servo-amplificadores de CC e de CA e sincro-mecanismos.

O QUE VOC DEVE SABER ANTES DE COMEAR

Antes de comear este livro, essencial que voc tenha uma boa base em eletricidade e eletrnica, inclusive no que se refere a circuitos com vlvulas e transistores e instrumentos de prova. Voc poder adquirir estes conhecimentos estudando os quatro primeiros volumes desta coleo. Se dispuser dos conhecimentos necessrios, entretanto, no ter dificuldade em compreender o assunto deste livro. Todos os termos novos so definidos minuciosamente. Usamos ex-

*

presses matemticas para interpretar com exatido certos princpios importantes, mas para compreend-las voc necessita apenas conhecer as quatro operaes,

POR QUE ESCOLHEMOS ESTE FORMATO

Nos ltimos anos, vrios cQnceitos novos de ensino vieram luz sob o nome genrico de ensino programado. Embora haja argumentos a favor e contra os diversos formatos e estilos de ensino programado, admite-se hoje quase unanimemente o valor intrnseco do ensino programado. Mui- to$ educadores reconhecem que o tipo de programao deve variar de acordo com o assunto. Para ajud-lo a estudar o texto que se segue, inclumos aqui uma breve explicao do mtodo usado.

Cada captulo dividido em pequenas quantidades de informao, apresentadas em uma seqtincia adequada ao aprendizado. Algumas dessas informaes so bem pequenas em alguns casos, uma nica frase. Outras podem compreender vrios pargrafos. A extenso de cada informao depende da natureza do conceito que est sendo explicado e do conhecimento do leitor naquele ponto.

O texto foi escrito em segmentos de duas pginas. Essas pginas definem um ou mais conceitos e incluem ilustraes destinadas a complementar a descrio verbal. No final de cada duas pginas, inclumos perguntas referentes ao assunto estudado. 'Muitas dessas perguntas esto sob a forma de afirmaes em que faltam uma ou mais palavras, que voc deve escrever; outras perguntas so de mltipla escolha ou simples perguntas. As respostas aparecem sempre na pgina seguinte, de modo que voc poder conferir imediatamente a resposta e verificar se aprendeu ou no o contedo das duas pginas. Quando descobrir que a resposta a uma pergunta no est de acordo com a sua, estude novamente as duas pginas anteriores, para verificar por que sua resposta foi incorreta. Como voc est vendo, este processo de perguntas e respostas garante que voc progredir to rapidamente quanto for capaz de assimilar o contedo do texto.

No comeo de cada captulo apresentamos sempre um resumo do que voc vai estudar, e no final de cada captulo inclumos um resumo do que foi estudado, O resumo inicial lhe dar uma idia da finalidade do captulo o que voc vai aprender. Isto o ajudar a dar um significado prtico ao assunto que ser apresentado. O resumo final de cada

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CAPITULO 1

Princpios Bsicos ...................... .............. 17

Fontes de Eletricidade.......... ............. 17Produo de Energia Eltrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Localizao da Usina de Fora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Que um Motor? ................................................................. 21Geradores de CA e CC ........................ 26Motores de CC ....................................................... ............. 32/

CAPITULO 2

G eradores de C C .......... ............................ .. , . . . ; 35

Estrutura ........................................................................... 35O Ncleo da Armadura . ................................................ 42Enrolamentos da Arm adura........ ............................... . . . . 44Peas Polares ................ 49Gerador de Excitao Independente ................................... 50Gerador Auto~Excitado ....................................................... 51Perdas nos Geradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Reao da Armadura ...................... 58Caractersticas do Gerador de CC Srie . . . . . . . . . . . . . . 62Caractersticas do Gerador de CC Derivao .............. 64Caractersticas do Gerador de CC de Excitao Composta 66Regulao Automtica de Tenso . . . . . . . ............ . . . . . . . 68Operao em Paralelo de Geradores de CC ..................... 70Manuteno . . . ............................................................ 72

CAPITULO 3

Motores de CC 77

Ligaes Bsicas de um Motor de CC ........................... 77Perdas na Armadura .......................... . . . ......... ............ 79Keao da Armadura ..................................... . . . ......... ... 79Fora Contra-Eletromotriz ........................... . . . . .......... 80Motores de CC Derivao .............................. ..... ............ 80Motores de CC Srie . . . ..................................... ............... 82Motores de CC de Excitao Com posta........................ 84Dcmarradores Manuais ........................................... 86Deman adores Automticos .................. ........... ............. .. 88Rels ...................................................................................... 90Eficincia dos Motores ............................................. 93Controle de Velocidade ............................................. 94

CAPITULO 4G eradores de CA ....................................................... 99

Alternadores .....................................Al tomadores Sncronos ....................Gerador de Induo .........Geradores Monofsicos e Polifsicos Caractersticas dos Geradores de CA Reao da Armadura FreqnciaControle de Freqncia Regulao de Tenso Reguladores de Tenso Alternadores em Paralelo

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CAPITULO 5

Motores de CA 0 f O * 0 0 0 0 0 0 0 0 0 121

Campos Trifsicos .......... .........................Motores Sncronos ....................................Fator de Potncia .............. ................Motores Polifsicos de Induo .............Deslizamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Motores de CA Monofsicos ....................Partida dos Motores de Induo ..............

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CAPTULO 6

Gerao e Distribuio de Energia Eltrica Trifsica Ligaao em YLigao em Delta ...........................................................

121123124125 128 130 138

143

143146154

Medida de Potncia .............................................................. 156Transformadores Trifsicos ............................................... 160

CAPTULO 7Conversores .................... .. 167

A Necessidade dos C onversores........ ..................... 167Conversores de CC em CA ............................ . .................. 168Conversores de CC em CC ..................................... 170Conversores de CA em CC ................................................... 172Conversores de Freqncia ........ .................................. .. 178

CAPTULO 8Sistemas de Controle .................... .. 185

185186 188 190 192 194 198 200 202 204

208210212214215

Que um Sistema de Controle? .......................... ..Servomecanismos.............. ................................Sistemas de Controle Abertos e Fechados . . . . . . . . . .rincpios de Funcionamento ................Servo-Motores ..................................................................Servo-Amplificadores .......................................................... ..Servo-Amplificadores de CC Eletromecnicos . . . . . . . .Servo-Amplifica dores de C A ........................ .....................Controle de Entrada ...................................E stru tura dos Sincro-Mecanismos ................................Sistema de Transmisso e Recepo Com Sincro-Me-

canismos ...............................................................................Sincro-Mecanismos Diferenciais ......................................

* * * ' * __ . . *

Sincro-Transformador de Controle ..................................Sistema de (jontrole Completo ......................................Aplicaes dos Sistemas de C on tro le ................ ...............

Princpios BsicosNeste captulo voc

vai estudar os princpios bsicos dos motores e ge

radores. Vai aprender como os geradores transformam ener

gia mecnica em energia eltrica. Ver que os geradores podem produzir tenso contnua ou alternada, dependendo de se a corrente gerada retirada atravs de um comutador ou de anis. Voc tambm ver que os motores de CA e CC transformam energia eltrica em energia mecnica.

O Que Voc Vai Aprender

;

FONTES DE ELETRICIDADE

Voc j sabe que a energia eltrica produzida geralmente por baterias ou por usinas de fora. As baterias so usadas quando se trata de aparelhos portteis e que consomem uma corrente pequena. A tenso e corrente geradas por uma clula so pequenas. Para aumentar a tenso, e preciso ligar vrias clulas em srie. Para aumentar a capacidade de corrente, preciso aumentar a clula ou ligar vrias clulas em paralelo. Uma batera capaz de fornecer altas tenses e grandes correntes cara e volumosa.

A transmisso de corrente contnua a grandes distncias envolve muitas perdas, de modo que as baterias devem estar o mais prximo possvel do local de utilizao da energia eltrica. As baterias so geralmente usadas quando se deseja uma fonte porttil de corrente contnua de baixa intensidade.

PRODUO DE ENERGIA ELTRICA

Para produzir grandes quantidades de eletricidade, utilizam-se geradores. O gerador uma mquina que transforma energia mecnica em energia eltrica. A energia mecnica transformada em energia eltrica por induo. A figura abaixo mostra como possvel gerar uma tenso por induo. A mo fornece a energia mecnica necessria para mover a bobina e o multimedidor indica a energia eltrica produzida.

TENSO GERADA POR INDUO

Quando movemos um condutor atravs de um campo magntico de modo que ele corte as linhas de fora, uma tenso gerada, ou induzida, no condutor. A tenso induzida mxima quando o condutor se move perpendicularmente s linhas de fora e. zero quando o condutor se move paralelamente s linhas de fora.

Quando o condutor fgado a um circuito eltrico completo, uma corrente eltrica percorre o condutor e o circuito. Isto significa que a energia mecnica usada para mover o condutor atravs do campo eltrico transformada em energia eltrica que faz a corrente percorrer o circuito.

18

Fatores que Influem Sobre a Tenso

A tenso gerada determinada: (1) Pela velocidade com a qual o condutor atravessa o campo magntico. Quanto maior a velocidade, maior o nmero de linhas de fora cortadas por segundo, e maior a tenso gerada. (2) Pela intensidade do campo magntico. Quanto mais intenso o campo magntico, maior a tenso. (3) Pelo numero de espiras do condutor. Em cada espira gerada uma tenso. Como as espiras esto em srie, essas tenses se somam e a tenso total proporcional ao nmero de espiras.

Condies para Gerar uma Tensoi .

A tenso gerada por induo quando um condutor se move em um campo magntico ou quando um campo magntico no qual est imerso um condutor estacionrio varia de posio ou intensidade. Em outras palavras, uma tenso gerada quando um condutor e um campo magntico esto em movimento relativo.

Em um gerador podemos mover o condutor, o campo magntico ou ambos. Todas essas possibilidades so usadas na prtica, como veremos mais tarde.

A tenso induzida em um condutor por um campo magntico depende, entre outros fatores, da distncia entre o plo magntico e o condutor. Quando a distncia entre o'plo

:,;:V -:A INTENSIDADE

DO CAMPO MAIORNAS PROXIMIDADES

DO PLO

magntico e o condutor diminui, o campo magntico que corta o condutor se torna mais intenso. A tenso produzida aumenta.

P l. Um gerador transforma energia mecnica em energia eltrica pelo princpio da- ---------- .

P2. A tenso gerada por induo aumenta quando a velocidade relativa entre o condutor e o plo magntico (aumenta, diminui).

P3. Cite trs meios de gerar uma fem por induo.

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Suas respostas devem ser:

R4. Alguns meios de fazer girar o eixo de um gerador so: turbinas, acionadas por gua ou vapor de alta presso; moinhos de vento; motores a gasolina ou oleo diesel.

R5. Quando a gua ou vapor de alta presso dirigida contra as ps da turbina, o eixo do gerador comea a girar.

R6. A turbina gira com maior velocidade.R7. A fora de rotao chamada de momento.R8. O motor uma mquina que transforma energia

eltrica em energia mecnica.R9. A roda dgua um exemplo simples de turbina.

Transformao da Energia Eltrica em Energia Mecnica

A experincia abaixo demonstra como as foras agem em um motor. S voc fizer a experincia, cuidado para no fechar a chave at que esteja preparado para observar os resultados | Mantenha a chave fechada apenas por alguns segundos. Quando a chave est fechada, a pilha est em curto- circuito. Se voc demorar muito para abrir novamente a cha-

CAMPO DO CONDUTOR

W r *

MS

CAMPO ENTRE OS MS

FIO DE COBRE N 26

PRINCPIODE FUNCIONAMENTO

DE UM MOTOR

22

ve, a pilha perder toda a sua energia. Quando a chave for fechada, o condutor dar um pulo. Quando a chave for aberta, o condutor voltar posio inicial.

O condutor sai da regio entre os ms quando a chave fechada porque a corrente que atravessa o condutor cria um campo magntico. O campo magntico em torno do condutor refora o campo magntico principal de um lado do condutor e o enfraquece do outro lado. Isto cria uma fora que empurra o fio para longe da regio em que o campo mais intenso.

4

CONDUTOR CM U M CAMPO M AG N TIC O

DIREO DA FORA

CAMPO 0 0 i t

CAMPOS OPOSTOS SE CANCELAM

CAMPO DOS MS

CORRENJE

CAMPOS NO MESMOSENTIDO

SE REFORAM i-M-V.

O sentido do campo magntico que envolve o condutjor pode ser determinado atravs da rgra da mo esquerda para condutores retos. Coloque os dedos da mo esquerda em torno do condutor, de modo que o polegar aponte na direo da corrente. Os outros dedos indicaro o sentido do canipo magntico. O sentido do campo magntico externo do plo norte para o plo sul.

PIO* Enuncie a regra da mo esquerda para condutores retos*

Pll* A diferena entre a intensidade do campo magntico acima e abaixo do condutor da. origem a uma

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RIO. Coloque os dedos da mo esquerda em tomo do condutor, de modo que o polegar aponte na direo da corrente. Os outros dedos indicam o sentido do campo magntico que envolve o condutor.

R ll. A diferena entre a intensidade do campo magntico acima e abaixo do condutor d origem a uma fora.

Que Momento?

Momento uma fora de rotao. Nos motores, o condutor enrolado em forma de bobina e colocado em um eixo livre de girar. Quando uma corrente atravessa a bobina, cria um campo magntico. O campo magntico da bobina reage com o campo magntico estacionrio, gerando um momento que faz girar o eixo.

O momento pode ser calculado multiplicando-se a fora pela distncia ao centro de rotao. Na ilustrao abaixo vemos uma rgua de vinte centmetros equilibrada no centro. Quando aplicamos uma fora de dez newtons extremidade direita da rgua, o momento resultante pode ser calculado do seguinte modo:

CLCULO 00 MOMENTO

Momento = Fora X Distncia do centro de roto== 10 newtons X 10 centmetros = 1 newton-metro

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ROTAAO

m m. T l y t

Na figura abaixo vemos uma bobina livre de um campo magntico. A corrente do lado esquerdo da na refora o campo magntico abaixo do condutor e enfra

r f i o n r r . U) d o m o m i : \ r o

quece o campo acima do condutor. O resultado uma fora para cima no lado esquerdo da bobina, que a faz girar no sentido dos ponteiros do relgio. A corrente no lado direitoda bobina enfraquece o campo magntico abaixo do condutor e refora o campo magntico acima do condutor. O resultado uma fora para baixo no lado direito da bobina, que tambm a faz' girar no sentido dos ponteiros do relgio.

O momento gerado depende da intensidade dos dois campos magnticos e da distncia dos dois lados da bobina ao centro de rotao. A intensidade do campo magntico da bobina depende do nmero de espiras, da corrente, do material do ncleo da bobina etc.

P12.

P13.

P14.

PIS-

Se a rgua da pgina anterior tivesse 50 centmetros de comprimento e uma fora de dez newtons fosse aplicada extremidade direita, qual seria o momento?Quais so os fatores que determinam o momento aplicado bobina da figura acima?Quais so os fatores que determinam a intensidade do campo magntico da bobina da figura acima?O momento igual a ---- ------------ vezes a ------------------------------- ao centro de rotao-

25

,T.V*^*7V~r\*T:

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R12. Momento

R13.

Fora X Distncia ao centro de rotao25 centmetros X 10 newtons =

= 2,5 newton-metrosA intensidade dos dois campos magnticos e a distncia dos lados da bobina ao centro de rota*

R14.o

R15.

nmero de espiras da bobina, a corrente na bobina, o material do ncleo etc.O momento igual fora vezes a distncia ao centro de rotao.

GEkADORES DE CA E CC

A sada da bobina da armadura de qualquer gerador uma tenso alternada. Quando a bobina da figura abaixo gira com velocidade constante, ela corta maior ou menor nmero de li-

vv\';3 ; mj1

GERAO DE UMA

TENSO SENOIDAL

PRIMEIRO SECUNDO TERCEIRO QUARTO.1/4 1/4 1/4

DE CICIO >DECICLOfDE CICLO JDE CICLO j

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nhas de fora por segundo, dependendo de sua posio no instante considerado. Quando a bobina est-se movendo perpendicularmente ao campo magntico, ela corta o mximo possvel de linhas de fora por segundo. Assim, a tenso induzida na bobina aumenta at que a bobina esteja se movendo perpendicularmente ao campo. Nesse instante, a tenso mxima. Em seguida, como a bobina continua a girar, passa a cortar um nmero cada vez menor de linhas de fora por segundo, at ficar paralela s linhas de fora. Nesse instante, no h tenso induzida. No terceiro quarto de crculo, o condutor corta as linhas de fora no sentido oposto, de modo que a tenso induzida troca de polaridade e comea a crescer novamente em direo ao mximo. No ltimo quarto de crculo, a tenso novamente diminui at zero.REGRA DA MO ESQUERDA PARA GERADORES

. .v .s*,'t *\**v^ v * .v i / * ? . * * v ' , ' j V ! V ' 1 ^ v .V * ' ^ * v .v . 0 * "* ; '; " ' ;**.; /..* ;* v 'v * ' ,*! .. ; ; v * " * **.**/*

0 POLEGAR APONTA NA DIREC&O

Na figura acima vemos a regra da mo esquerda para geradores. Trata-se de uma maneira simples de lembrar a relao entre o sentido do campo magntico, o sentido de movimento do condutor e o sentido da corrente induzida.

. * * . < *.*.- * # \ ... . !. . . * * # i . . *

Nos geradores, a rotao do eixo determina o sentido de movimento do condutor. O sentido das linhas magnticas de fora do plo norte para o plo sul. A polaridade do m pode ser verificada por meio de uma bssola. A extremidade sul da agulha magntica apontar para o plo norte do m.

PI6. bobina da armadura dos geradores produz sem pre uma corrente (contnua! alternada).

P17. Enuncie a regra da mo esquerda para geradores.

27

CARGA EXTERNA

pelo gerador, ligam-se as extremidades das bobinas a anis condutores que giram com a armadura. Condutores estacionrios chamados escovas constituem contatos deslizantes

ESCOVAS

R16. A bobina da armadura dos geradores produz sempre uma corrente alternada.

R17. Mantenha o polegar, o indicador e o dedo mdio perpendiculares entre si. O polegar deve apontar na direo do movimento do condutor e o indicador na direo do campo magntico. O dedo mdio apontar ento na direo da corrente.


O Gerador de CAA tenso de sada das bobinas da armadura de qualquer ge

rador alternada. Para recolher a tenso alternada produzida

28

: ' ' ' .

apoiados nos anis. Desse modo, as escovas e os anis ligam as bobinas da armadura carga externa que est sendo alimentada pelo gerador.

O Gerador de CC

Nos geradores de CC, a tenso alternada da armadura transformada em tenso continua pulsante, usando-se um comutador em lugar dos anis. Na figura abaixo vemos a sada de um gerador de CC elementar. A tenso pulsante obtida porque as ligaes do circuito externo com a arma-

SADA DE UM GERADOR DE CC

dura so invertidas cada meio ciclo, no instante em que a tenso chegou a zero e est para mudar de polaridade.

P18. Nos geradores de CA, usamos----------------- ------------------ ------- para retirar a tenso de sada das bobinas.

P19. As ------ - so contatos estacionriosque deslizam sobre os anis.

P20. Nos geradores de CC, usamos um -------------- ----------para transformar a tenso alternada da ar*madura em tenso contnua pulsante.

29

R18. Nos geradores de CA, usamos anis condutores para retirar a tenso de sada das bobinas.

R19. As escovas so contatos estacionrios que deslizam sobre os anis.

R20. Nos geradores CC usamos um comutador para transformar a tenso alternada em tenso contnua pulsante.


Que um Comutador?

O comutador mais simples apenas um anel dividido em duas partes iguais, chamadas segmentos. Os segmentos so isolados entre si e isolados do eixo. Uma extremidade da bobina ligada a um dos segmentos e a outra extremidade ligada ao outro segmento. Duas escovas se apoiam em la

dos opostos do comutador. Quando o comutador gira, os dois lados da bobina so curto-circuitados por um instante, quando as escovas tocam ao mesmo tempo os dois segmentos do coxqutador. Em seguida, as ligaes se invertem.

Se a bobina da armadura curto-circuitada pelas escovas enquanto uma tenso est sendo induzida na bobina, uma

grande corrente atravessa a bobina, pois o circuito constitudo pela bobina e escovas tem uma resistncia muito pequena. Esta corrente excessiva pode causar srios danos BOBINA CURTO- CIRCUITADA PELAS ESCOVAS

bobina. Alm disso, se o comutador de um gerador de CC no for ajustado para inverter as ligaes da bobina no momento exato em que a fem induzida zero, a sada do gerador no ser contnua, e sim alternada, como na figura abaixo.

SADA d o g e r a d o r q u a n d o a c o m u t a oOCORRE NO INSTANTE ERRADO

SBITA INVERSO DE POLARIDADE QUANDO AS LIGAES SO TROCADAS

P21. Em que ponto do ciclo

R21. No instante em que a fem induzida zero.R22. Se o comutador no for ajustado corretamente,

as bobinas podem ser danificadas devido cor** rente excessiva no instante em que as escovas tocam ao mesmo tempo nos dois segmentos. Altn disso, a sada do gerador no ser uma tenso contnua, pois mudar periodicamente de polaridade.


MOTORES DE CC

Os motores de CC tambm dispem de comutador. Na verdade, um gerador de CC simples tambm pode funcionar como motor de CC. Quando uma corrente contnua atravessa a bobina, criado um campo magntico. O plo norte da bobina atrado pelo plo sul do campo magntico externo e o plo sul da bobina pelo plo norte do campo externo. Com isso, a bobina gira.

Voc pode analisar as foras magnticas em ao na figura acima usando a regra da mo esquerda para condutores retos.

32

Quando a bobina atinge a posio da figura abaixo, as escovas tocam os dois segmentos do comutador ao mesmo tempo. No h corrente na bobina, e portanto no h fora de rotao. Entretanto, a bobina est em movimento, e sua inrcia, que tende a mant-la girando, faz com que ela pas-

BOBINA NO PONTO MORTO

se pelo ponto morto. Depois que a bobina passa pelo ponto morto, o comutador inverte o sentido da corrente que a atravessa. A polaridade do campo magntico da bobina se inverte; o plo da bobina prximo do plo sul do campo externo passa a ser plo sul. O novo plo sul. da bobina agora atrado pelo plo norte do campo externo, de modo que a bobina continua girando. O mesmo processo de comutao repetido quando a bobina gira de mais 180.

Na figura acima o comutador coloca a fonte de alimentao momentaneamente em curto-circuito, no instante em que a bobina atinge o ponto morto. Voc pode ver por que este comutador elementar no usado nos motores prticos. Os princpios bsicos, entretanto, se aplicam a todos os comutadres. Como vimos, o comutador de um motor de CC transforma a corrente contnua de alimentao em cor*^ rente alternada na armadura.

P23. Um motor funcionaria com corrente alternada e anis no lugar do comutador?

P24. O comutador de um motor de CC transforma CC em g

P25. Quando a bobina est n o ------------------- , o campo magntico da bobina zero*

Sum resp$tn$ devam aers

c ^ucmada, ele no.pn nutadr.R24. O comutador de um motor tA> transforma CC e- .

CA.R25. Quando a bobina est no ponto morto, o campo

magntico da bobina zero.

cnica em energia eltrica por induo,2. Para que haja induo preciso que haja um condu

tor em movimento em um campo magntico estacionrio, um campo magntico varivel (em movimento) em torno de um condutor estacionrio ou um campo magntico varivel em torno de um condutor em movimento.

3. A intensidade da fem induzida depende da velocidade relativa entre o campo eltrico e os condutores, da intensidade do campo magntico, do nmero de condutores em que a fem induzida e da distncia entre a fonte do campomagntico e o condutor.

4. O sentido da fem induzida depende do sentido de movimento do condutor e do sentido do campo magntico externo.

5. As bobinas da armadura dos geradores produzem sempre corrente alternada.

6. Se a tenso das bobinas de um gerador for retirada atravs de anis e escovas, a tenso de sada ser alternada.

7. Se a tenso das bobinas da armadura de um gerador for retirada atravs de um comutador e escovas, a tenso de sada ser contnua.

8. Motores so mquinas que transformam energia el* trica em energia mecnica.

9. O motor de CC alimentado com corrente contnua, que transformada em corrente alternada pelo comutador e aplicada s bobinas da armadura.

10. Os motores de CA no precisam de comutador.

34

wmmm*

t& rre m eo^laiita, pce,miaprtidr e#mo iundkmam m

lieradcira desse tipo e quais quais so as perdas de potraesa tambm cauhecer vrios tipos

mm peas essenciais e e mixiki i^^ l^as, de geradores de

ESTRUTURA

A$. peas principais de u m gerador de CC so: carcaa mancais, peas polares, eixo, conjunto da armadura, conjun- to do comutador conjunto das escovas. Na ilustrao abai* xo vemos um gerador de CC tpico.

igf&Kmm

ENROLMENTO D l CAMPOCOMUTADORmm

"

ESCOVAPEAPOIARm s

:NR0LAMEN7< A ARMADUR

i$i 55

CarcaaA carcaa que sustenta o gerador. As carcaas dos ge

radores modernos so feitas de ao porque este metal um timo condutor de linhas magnticas de fora. Quando o circuito magntico completado atravs de um bom condutor magntico, como na figura abaixo, o campo entre os plos mais forte.

CIRCUITO MAGNTICO NA CARCACA DE UM GERADOR*ENR01AMENT0

D i CAMPO

PEAS POLARES

Houve um tempo em que as carcaas dos geradores eram feitas de ferro fundido. O ferro fundido mais pesado do que o ao e tem menor permeabilidade (capacidade de cem duzir linhas magnticas de fora), de modo que hoje usado com menos freqncia. As carcaas dos geradores de maior porte so peas inteirias de ao; as dos geradores pequenos so feitas de ao laminado. A carcaa do gerador tambm inclui uma base ou suportes de montagem.

Existem trs tipos de carcaas: abertas, semi-abertas e fechadas. A carcaa aberta tem as extremidades abertas, de modo que o ar possa circular livremente no seu interior. A carcaa semi-aberta dispe de uma grade ou grelha metlica nos mancais para evitar a entrada na mquina de corpos estranhos. A carcaa fechada no dispe de abertura algur ma: a mquina estanque.Peas Polares

As peas polares de um gerador so sempre usadas em pares e aparafusadas na carcaa. Elas sustentam os enrolamentos de campo que so usados para produzir um plo norte de um lado da carcaa e um plo sul do outro lado.

CARCAA

CIRCUITO MAGNTICO

" T O * ,. . . . . . . . . . .~y. Knn I >. . -

36

y - y - \

MMSMi

DISPOSIO I ( OIUU I A I

GERADOR DE DOIS PLOS

s vezes se usa mais de um par de plos, para se conseguir um campo mais intenso. Quando isso acontece, os plos so sempre dispostos alternadamente norte e sul. Na figura abaixo voc pode ver que esta disposio cria o campo magntico mais intenso possvel atravs da armadura.

GERADOR DE QUATRO PLOS

NO H CORRENTE GERADA QUANDO A BOBINA

NESTA REGIO

CAMPO POUCO INTENSO

CAMPO INTENSO ATRAVS DA ARMADURA

P l. A permeabilidade de um material indica a capacidadedo material de conduzir----------------------

m

P2. As peas polares so dispostas de modo que dois plos consecutivos tm sempre (a mesma polaridade, polaridades opostas).

Quando acrescentamos armadura uma segunda bobina perpendicular primeira, obtemos na sada uma tenso como a da figura abaixo.

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TENSA DE SADA DE UM GERADOR DE DUAS iiINAS

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SADA DA SDSINA 2

saIda daSOBINA 1

TENSO m SADA

M DE OND

Repare que existe sempre uma fem induzida. Embora a CC ainda seja pulsante, sua variao mais suave. Nos geradores usados na prtica, utilizam-se muitas bobinas para

uma corrente contnua ainda mais uniforme.fe;,

LVW.m$m P3.

P4.*vk V

Qual o tipo de rolamento que geralmente lubri- ficado com graxa ao invs de leo?Um gerador com duas bobinas (tem, no tem) uma tenso de sada mais uniforme que um gerador deuma bobina.

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RJL A. permeabilidade de um material iiida :a ' capa- i t t i f cidade do material de

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R2. s peas polares so dispostas de modo que doisconsecutivos tm sempre V&.5 W

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Mancais Rolamentos

maaeass 0 Swwa as ca&

carcaa3

ar?e contm os rolamentos que sustentam o eixo Os trs tipos de rolamento mais usados nos com lubrilicaa por mm% wem m t i e esrieo.

O rolamento com lubrificao por and contm um anel com leo que se apoia no: eixo. medida que o eixo gira, o leo de um reservatrio levado para a parte superior do eixo e espalhado na superfcie .de contato

O rolamento vedado a 3 consiste de uma srie de fios de l enrolados no eixo da armadura. As duas. extremidades dos fios esto imersas no reservatrio de leo. O leo embebe a l e lubrifica o eixo.

Os dois tipos de rolamento acima dispem de gaxetas nas duas extremidades dos rolamentos, para evitar que o leo escape e danifique as partes eltricas do gerador.

Os rolamentos esfricos podem ser do tipo aberto ou fechado e dispem de graxa ou lubrificante prprios. Este tipo de rolamento consiste de um anel externo e um anel interno. O anel externo est preso carcaa. O anel interno gira com o eixo da armadura. Entre os dois anis existe uma srie de pequenas eseras de ao muito bem polidas, imersas em graxa. O conjunto permite uma rotao quase sem atrito do anel interno, enquanto o anel externo permanece estacionrio.

Armadura e ComutadorComo vimos no Captulo 1, o comutador usado com uma

nica bobina produz uma corrente contnua pulsante. Usando-se mais de uma bobina e combinando as diversas sadas, pode-se obter uma forma de onda mais uniforme.

Suas respostas devem ser:R3. Os rolamentos esfricos.R4. Um gerador com duas bobinas tem uma tenso

de sada mais uniforme que um gerador de uma bobina.

Ligaes do Comutador

Cada bobina do gerador de CC ligada a dois segmentos do comutador, um para cada extremidade da bobina. Um gerador com muitas bobinas deve dispor de muitos segmentos no comutador.

Na prtica, os segmentos geralmente so feitos de cobre. Os segmentos so isolados uns dos outros e da base do comutador por camadas de mica. As extremidades das bobinas da armadura so ligadas parte saliente dos segmentos.

ENCOSTAM AQUI

RISSAtTO

CORTE DE UM

COMUTADOR

Esta parte, dispe de uma fenda para prender a extremidade de uma bobina. As escovas se apoiam na parte mais baixa dos segmentos.

EscovasA montagem da escova que aparece na figura da pgina

seguinte consiste da escova propriamente dita, suporte da escova, mola ajustvel e fio de ligao (rabicho).

Mesmo em funcionamento normal, os segmentos do comutador e as escovas se gastam com o tempo. A mola per-

mite ajustar a presso da escova sobre o comutador, para compensar este desgaste. A mola deve aplicar o mnimo de presso necessrio para estabelecer uma boa ligao eltrica entre a escova e o comutador.

O fio de ligao (rabicho) constitudo por fios tranados de cobre, que formam uma ligao flexvel e de baixa resistncia entre a escova e o suporte da escova.

MONTAGEM DE UMA ESCOVARABICHO HASTE LIGADA

k MOLA

ESCOVA

M O N TA G E

SUPORTE DA MOLA

RABICHO

Composio da EscovaA composio das escovas depende do tipo e das condies

de funcionamento do gerador. As escovas de grafita so facilmente reconhecidas pela sua cor prateada e consistncia macia. Este tipo de escova usado para fins gerais. As escovas de carvo so usadas em geradores de baixa velocidade de rotao e baixa corrente de sada.

As escovas de eletrografita so feitas da mesma substn- cia que as escovas de carvo, mas so tratadas em alta temperatura em um forno eltrico. Este processo aumenta a capacidade da escova de conduzir tanto energia eltrica como energia trmica. Essas escovas no so abrasivas e no se aquecem muito. Seu atrito muito pequeno, e tm maior capacidade de corrente que as escovas de carvo.

As escovas de cobre-grafita so feitas* de uma mistura de cobre em p e grafita em p, comprimida e cozida em baixa temperatura. Este tipo de escova usado em geradores de baixa tenso.

O desgaste normal dos segmentos do comutador e das escovas pode ser compensado variando-se a presso de uma - - .As escovas d e------------------ ------------------------ sousadas em geradores de baixa tenso.

WC993 *3001 VZ

Suas resposta evem sers }||f

R5. O desgaste normal dos segmentos do comutador e das escovas pode ser compensado variando-se a presso de uma mola ajustvel

R6. As escovas de cobre-grafta so usadas em geradores de baixa tenso.

asai

O NCLEO DA ARMADURAAs bobinas da armadura so enroladas em ncleos do tipo

Gramme ou do tipo tambor. O ncleo Gramme um tipo antigo, hoje em desuso.

Tipo GrammeNa armadura do tipo Gramme os enrolamentos so mon

tados na superfcie de um anel de ferro ou ao. O enrolamento dispe de derivaes a intervalos regulares, que so ligadas ao comutador.

NCLEO TIPO GRAMME

PRIMEIRO SEGUNDO TERCEIRO QUARTO1/4 1/4 1/4 1/4,DECiaoEciao,pECiaopEaao,

TENSO

CAMPOymmmm

Como os enrolamentos da armadura so montados na superfcie do ncleo, a distncia entre o ncleo e as peas polares deve ser suficientemente grande para que no haja

42

v v 'fffiCOMUTADOR

perigo de os enrolamentos de armadura encostarem nas peas polares. Com isto, o campo magntico fica mais fraco e a sada do gerador menor..

O ncleo em anel do sistema Gramme oferece uma reiu** tancia (o equivalente magntico da resistncia) s linhas de fora mais baixa que o ar no interior do anel. As linhas magnticas de fora acompanham a curvatura do ncleo e no chegam ao seu interior. Assim, elas no so cortadas pelos condutores situados na superfcie interior no ncleo e no induzem fem nesses condutores.

Por estes e outros motivos, a armadura Gramme hoje em dia quase no usada. Quase todos os geradores de CC modernos usam armaduras < o tipo tambor.

Tipo Tambor

A armadura tipo tambor mais moderna e mais eficiente. As bobinas so colocadas em fendas e esto geralmente a uma frao de centmetro da superfcie externa do ncleo.

FENDAS PARA AS RORINAS

Este tipo de construo elimina o perigo de os enrolamentos da armadura encostarem nas peas polares quando a armadura est girando.

P7. Quais so as duas desvantagens da armadura tipo Gramme?

43

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j-.*

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r . a i

Sua resposta deve ser:

R7. A armadura tipo Gramme deve ficar mais longe das peas polares que a do tipo tambor. Com isso a intensidade do campo magntico menor. Alm disso, apenas nas partes dos condutores situadas no exterior do ncleo que a tenso induzida.

Vantagens do Ncleo Tipo TamborUma das vantagens do ncleo tipo tambor que ele per

mite um menor entreferro (espao vazio) entre a armadura e as peas polares. O entreferro mais estreito permite que as bobinas da armadura passem em uma regio em que o campo magntico mais intenso, o que resulta em uma fem induzida maior.

Como o ncleo tambor mais compacto que o ncleo Gramme, a armadura pode girar com uma velocidade maior, produzindo uma fem maior.

ENROLAMENTOS DA ARMADURAOs enrolamentos da armadura so geralmente pr-mon-

tados. Isto significa que eles so enrolados na forma definitiva antes de serem encaixados1 no ncleo.

Os lados da bobina pr-montada so colocados nas fendas do tambor central. As duas fendas de uma mesma bobina esto geralmente mesma distncia que dois plos magnticos adjacentes. Esta distncia chamada de passo polar. Como j vimos, os plos adjacentes so sempre de polaridades opostas, de modo que a fem induzida em um lado da bobina reforada pela fem induzida pelo plo oposto no outro lado da bobina.

44

s vezes a distncia entre dois lados de uma bobina no igual distncia entre os plos magnticos adjacentes. Quando esta distancia menor que o passo polar, dizemos que o enrolamento de passo fracionrio.

Os enrolamentos de passo fracionrio so usados quando se deseja economizar cobre. A fem induzida em um rolamento de passo fracionrio no to grande quanto a fem induzida em um enrolamento cujo passo igual ao passo polar, pois as tenses induzidas nos dois lados de uma mesma bobina no atingem o valor mximo ao mesmo tempo.

Enrolamentos Imbricado e OnduladoExistem dois modos de ligar as bobinas enrolamento

imbricado e enrolamento ondulado. No enrolamento imbricado simples, as extremidades de cada bobina so ligadas a segmentos adjacentes do comutador. Desse modo, todas as bobinas ficam ligadas em srie. o que vemos >na figuraabaixo.

NCLEO DA ARMADURA

BOBINAS

PS. Quais so as vantagens do ncleo tipo tambor?

45

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exposta deve sers';>r*.*. .;.: V V .' V*>V; :*; !.!*. /. ' . *.". . , . ' ' . * . . .

O ncleo tambor torna possvel um entreferro menor. A armadura pode girar mm maior velocidade que a armadura tipo Gramme. Ambos estes efeitos tornam possvel a obteno de uma

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VViVsViVsft-jV:#:

No enrolamento imbricado duplo, existem dois conjuntos distintos de bobinas; as bobinas dentro de cada conjunto esto ligadas em srie. Os dois conjuntos de bobinas so ligados apenas pelas escovas.

IN ft L M IN T IMBRICADO

DUPLO ESCOVA

Do mesmo modo, o enrolamento imbricado triplo constitudo por trs conjuntos independentes de bobinas ligadas em srie. No enrolamento imbricado simples, uma escova coloca em curto as duas extremidades de uma riica bobina de cada vez.

No enrolamento ondulado, as extremidades de uma bobina so ligadas a segmentos do comutador distanciados de dois passos polares. Ao invs de colocarem em curto uma nica bobina, as escovas colocam em curto um pequeno conjunto de bobinas em srie. O nmero de bobinas em cada grupo igual ao nmero de pares de plos magnticos.

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Circuitarem

mm

Na figura abaixo vemos parte de um enrolamento otidulado. Vv

O Plano NeutroA regio do gerador em que no h fem induzida na ar

madura chamada de plano de comutao ou plano neutro.Kste plano est a meio caminho entre dois plos norte e sul adjacentes (um pouco deslocado desta posio quando o gerador est em carga). Neste plano as bobinas da armadura nau cortam nenhuma linha de fora e portanto no geram tenso. As escovas so sempre ligadas de modo a curto-

as bobinas quando elas passam no plano neu- enquanto, ao mesmo tempo, a sada retirada das ou-

Em um enrolamento ondulado, as extremidades das bobinas so^ ligadas a segmentos do comutador afas-

De que consiste um enrolamento duplo?

Sada do ComutadorEnquanto a escova est curto-circuitando uma bobina da

armadura, ela est recebendo a fem e a corrente induzida nas outras bobinas da armadura. Isto conseguido ligando- se uma extremidade de duas bobinas diferentes ao mesmo segmento do comutador.

ENROLAMENTO IMBRICADO SIMPLES

AO COMUTADOR ESCOVAS EM UM

BOBINAS SE MOVEM PARALELAMENTE S

LINHAS DE FORA

R9. Em um enrolamento ondulado, as extremidades das bobinas so ligadas a segmentos do comutador afastados de dois passos polares.

RIO. Um enrolamento duplo consiste de dois grupos separados de bobinas.


Na ilustrao acima vemos uma armadura com 22 bobinas ligadas aos 22 segmentos do comutador. Existem duas escovas. A escova positiva est curto-circuitando a bobina 11, enquanto a escova negativa est curto-circuitando a bobina 22. No h feip induzida nessas duas bobinas. Os dois grupos de bobinas, I a 10 e 12 a 21, esto ligados ao paralelo atravs das escovas. Isto possvel porque as tenses nos dois grupos de bobinas tm a mesma polaridade. As escovas tambm ligam a fem gerada carga.

PEAS POLARES

Os ms permanentes s so capazes de produzir campos magnticos de baixa intensidade, e so usados principalmente em pequenos geradores chamados magnetos. Quase todos os geradores usam eletroms para produzir o campo magntico. Um eletrom consiste de um ncleo de metal em torno do qual se enrola uma bobina.

NCLEO

ELETROM

BOBINA

CORRENTE

Quando uma corrente atravessa a bobina, aparece um campo magntico'em torno da bobina. Se o ncleo conduz com facilidade as linhas de fora, torna-se um m temporrio. corrente de alimentao de um eletrom deve ser contnua, pois uma corrente alternada faria com que a polaridade do ncleo mudasse constantemente.

Para descobrir a polaridade do ncleo, imagine que est segurando o ncleo com os dedos da mo esquerda no sentido em que os elctrons se movem nas espiras. O polegar indica o plo norte do ncleo.

Os plos eletromagnticos so montados na carcaa do gerador. Isto permite que a carcaa complete o circuito magntico.

P ll. O campo magntico da maior parte dos eletroms (mais intenso, menos intenso) que o campo magntico de um m permanente.

P12. Por que no h uma grande corrente quando a escova coloca em curto uma bobina?

j R ll. O campo magntico da maior parte cios eletroms mais intenso que o campo magntico de um m permanente.

R12. Porque, se a escova estiver bem ajustada, no haver fem induzida na bobina nesse instante.

________________________________________ ;-------------

GERADOR DE EXCITAO INDEPENDENTE

A corrente para o campo eletromagntico do gerador pode ser fornecida por uma fonte independente de CC. Esta fonte pode ser uma batera ou outro gerador de CC. Nesse caso, dizemos que o gerador de excitao independente.

Fsu&s respostas devem ser:

GERADOR DE EXCITACO INDEPENDENTE

REOSTATO DE CAMPO BOBINA DE CAMPO

Repare que o circuito para o campo magntico completamente independente do circuito do gerador. A intensidade do campo magntico depende diretamente da corrente fornecida pela fonte externa de CC. Um reostato usado para variar a intensidade do campo magntico, constituindo um controle muito sensvel da tenso de sada do gerador.

50

GERADOR AUTO-EXCITADOA corrente para alimentar o campo eletromagntico do

gerador de CC pode ser fornecida pelo prprio gerador. corrente retirada do comutador pelas escovas e ento aplicada aos enrolamentos de campo. Os trs tipos de circuitos usados para aplicar corrente aos enrolamentos de campo vSo chamados de: circuito srie, circuito derivao ("shunt) e circuito composto (eompound)*

O campo eletromagntico de uni gerador de CC auto-excitado depende da corrente induzida nos enrolamentos da armadura do gerador por um campo eletromagntico. Como necessrio um campo para produzir corrente, como que o gerador auto-excitado consegue gerar uma tenso?

Um eletrom conserva sempre uma certa quantidade de magnetismo, mesmo quando a sua bobina no est energi- zada. o chamado magnetismo residual. Geralmente o magnetismo residual do ncleo dos eletroms suficiente para induzir uma pequena tenso nos enrolamentos da armadura. Esta tenso faz com que uma pequena corrente atravesse os enrolamentos de campo. A corrente faz com que o campo magntico aumente. Com isso aumenta a tenso, aumenta a corrente, e ssim por diante. Desse modo, a tenso gerada aumenta gradualmente at atingir o valor mximo.

Quando no h magnetismo residual suficiente no ncleo dos enrolamentos de campo, o gerador no consegue produzir tenso. Nsse caso, o campo eletromagntico deve ser excitado temporariamente por uma fonte externa de corrente continua. Se as ligaes dos enrolamentos de campo forem invertidas, o magnetismo residual ser destrudo e o gerador tambm no poder funcionar corretamente.

PI3. Um gerador que dispe de uma fonte independente de corrente para seus enrolamentos de campo chamado de gerador d e ----- -----------------------

P14.

P15.

P16.

corrente no enrolamento de campo de um gerador de excitao independente controlada por meio de um --------O reostato um controle (sensvel, pouco sensvel) da tenso de sada do gerador.A pequena quantidade de magnetismo que permanece no ncleo de um eletrom depois que a cor* rente desligada chamada de - - ------------

51

ARMADURA I COMUTADOR CARGA EXTERN A

CAMPO CHAVE DE UNHA SRIE I : B i

campoSRtll


R13. Um gerador que dispe de uma fonte independente de corrente para seus enrolamentos de I campo chamado de gerador de excitao independente.

R14. A corrente no enrolamento de campo de um gerador de excitao independente controlada por I meio de um reostato.

R15. O reostato um controle sensvel da tenso de sada do gerador.

R16. A pequena quantidade de magnetismo que permanece no ncleo de um eletrom depois que

I a corrente desligada chamada de magnetismoj residual.

Gerador SrieEm um gerador srie os enrolamentos de campo, os en~

rolamentos da armadura, o conutador, as escovas e a carga externa esto ligados em srie. Para que um gerador srie auto-excitado produza tenso, necessrio que esteja ligado a uma carga externa. Quando no h carga externa (o gerador est funcionando em vazio), o circuito srie fica interrompido e a pequena tenso gerada se deve exctusiva- mente ao magnetismo residual.

GERADOR SRIE

Gerador DerivaoO gerador derivao (ou gerador shunt como tambm

52

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ssmvalREOSTATO et CAMPO BEAO

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PI7. Qual o efeito sobre a corrente dos enrolamentos de campo de um gerador srie de um aumento na corrente consumida pela carga?

P18. Qual o efeito de variar a resistncia do reostato de campo de um gerador paralelo?

chamado) dispe de dois circuitos em paralelo. Um dos circuitos fornece tenso para o campo; o outro, para a carga externa. No gerador derivao, a corrente contnua induzida nos enrolamentos da armadura retirada do comutador pelas escovas. Das escovas, parte da corrente aplicada aos enrolamentos de campo, enquanto a corrente principal entregue carga externa.

GERADOR DERIVAO

A produo de tenso por um gerador derivao no depende da existncia de uma carga externa, pois a corrente que cria o campo no a mesma que atravessa a carga. Isto significa que possvel ligar o gerador e deixar que ele atinja o regime de funcionamento normal antes de ligar a carga externa.

53

H U M

Suas respostas de?em ser :

R17. Aumentando a corrente na carga, aumenta a corrente nos enrolamentos de campo (as duas correntes so iguais), o que tende a aumentar a tenso de sada.

R18. Variando a resistncia do reostato de campo, varia a intensidade do campo magntico e portanto a tenso de sada do gerador.

Gerador de Excitao CompostaO gerador de excitao composta (tambm chamado de

compound) uma combinao do gerador srie com o gerador derivao. Ele dispe de um enrolamento de campo em srie com a armadura e um enrolamento em paralelo. A intensidade total do campo magntico portanto a soma do campo srie com o campo derivao.

No gerador composto de derivao longa (long shunt), o enrolamento paralelo ligado s extremidades do enrola-

GERADOR DE EXCITCO COMPOSTAE DERIVAO LONGA

REOSTATO

DE CAMPOCAMPO

DERIVAOCAMPO

DERIVAO

'7H5OP1

CAMPO SRIE

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CAMPO SRIE

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CORRENTE

CHAVE DE UNHA

CARGA EXTERNA

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CAMPO CAMPO

CAMPOSRIE

CAMPOSRIE

CORRENTE

HjiK t#in;W **A> j

CHAVE OE UMKA

CASCA EStTERHAa^W iiiw 'i*ii>AtlR

Os dois tipos de gerador composto pouco diferem quanto | caractersticas de funcionamento e de sada. A nica diferena est no ponto de ligao do campo srie.

P I9. s peas polares de um gerador composto dispem tanto de enrolamentos de campo coma de enrolafrnentos de campo -------------------- -.

P20. Quais so os trs tipos de circuitos usados para fornecer a corrente de campo nos geradores auto-ex- citados?

mento srie mais afastadas da armadura, No gerador composto de derivao curta (short strant), as extremidades do campo paralelo so ligadas entre os enrolamentos srie e a armadura, isto , diretamente em paralelo com a armadura.

GERADOR DE EXCITACO COMPOSTAE DERIVAO CURTA

55

R19. As peas polares de um gerador composto dispem tanto de enrolamentos de campo srie como de enrolamentos de campo derivao.

R20. Circuitos srie, derivao e composto.


PERDAS NOS GERADORES

Dentro de um gerador ocorrem vrias perdas. preciso saber a origem dessas perdas e o modo de corrigi-las para conseguir o melhor funcionamento possvel do aparelho. Entre essas perdas esto as perdas no cobre, as perdas por correntes de Foucault e as perdas por histerese.

Perdas no Cobre

do fio de cobre usado nos enrolamentos da armadura. Ouando a corrente atravessa o fio, h uma perda de potncia igual a RI2, em que R a resistncia do fio e I a corrente.

Quando uma corrente atravessa qualquer metal, uma certa quantidade de calor produzida. A resistncia dos metais aumenta na razo direta da temperatura. Assim, a corrente que atravessa os enrolamentos da armadura de um gerador fa z com que a resistnci a d es s e s enrolame n tos- aume nte. Por exemplo: se a temperatura de repouso de um enrolamento 20C e a temperatura com carga plena 50C, a resistncia do enrolamento aumentar de cerca de 20% quando a temperatura atingir o valor de plena carga.

Muitos geradores so fontes de tenso constante. A corrente induzida nos enrolamentos da armadura varia de acordo com a demanda da carga externa. Quando a corrente va.- ria, as perdas no cobre tambm variam.

Correntes de Foucault

Quando os condutores dos enrolamentos da armadura giram no campo magntico dos plos, induzida uma fora eletromotriz. A corrente que percorre os enrolamentos da armadura determinada pela carga externa, de acordo com a Lei de Ohm.

O ncleo da armadura tambm um condutor e gira no mesmo campo magntico. Assim, tambm so geradas no ncleo da armadura tenses e correntes. So as chamadas correntes de Foucault.

A potncia gasta para gerar as correntes de Foucault fornecida pela mquina que faz girar o gerador e representa unia perda na potncia de sada, pois retirada da mquina motriz mas no transformada em tenso de sada. A efi cincia do gerador se torna portanto mais baixa. (Alm de gastarem potncia, estas correntes ainda ocasionam um aquecimento indesejvel do ferro do ncleo.) As perdas por correntes de Foucault so atenuadas usando-se um ncleo laminado. O ncleo nesse caso constitudo por um certo nmero de placas de metal, isoladas umas das outras. A la- minao diminui o comprimento do condutor que ser percorrido pelas correntes de Foucault e portanto diminui a perda RI2 (potncia) no ncleo da armadura.Perdas por Histerese

As perdas por histerese se traduzem por um aquecimento do ncleo devido s propriedades magnticas da armadura* Trata-se tambm de uma perda de potncia, pois a energia necessria para aquecer o ncleo retirada da mquina motriz. Ouando o ncleo da armadura est girando, as partculas magnticas do ncleo tendem a se alinhar com o campo magntico. Como o ncleo est girando, o campo magntico muda periodicamente de sentido. O movimento constante das partculas tentando se alinhar com o campo magntico produz um atrito, que por sua vez gera calor. Este calor ainda produz um aumento na resistncia de armadura, aumentando as perdas no cobre. As perdas por histerese variam com a velocidade da armadura e com o volume e tipo de ferro do ncleo.

Para limitar as perdas por histerese, usa-se no ncleo um metal que permite que as partculas magnticas se alinhem com relativa facilidade. O metal usado com mais freqn- da o ao laminado. O uso do ao diminui as perdas por histerese mas no as elimina completamente.

P21. Quais so os dois tipos de perdas que so atenuadas usando-se um ncleo de ao laminado?

P22. Que acontece temperatura da armadura quando a

P23* Qual o efeito desta variao de temperatura sobre as perdas h cobre?

57

r : ' - m m ;

Sisas reapoata* derem sers

R21. Ferdas por correntes de Foucault e prdas pir biftterese.

R22, Quando a carga aumenta, a temperatura da armadura aumenta.

R23. Aumentando a temperatura, a resistncia dos enrolamentos da armadura aumenta e portanto as perdas no cobre aumentam.

REAAO DA AIMAPOIA

reao da armadura a conseqiincia do fato de a corrente que percorre os enrolamentos da armadura produzir um campo magntico. Este campo se combina com o cain- po principal do gerador, distorcendo-o. Este efeito ocorre apenas quando h corrente na armadura.

Distoro do Campo Magntico

Sem Reao da Armadura

J vimos que o melhor lugar para recolher a tenso da armadura so as barras do comutador situadas no plano neutro. Quando no h corrente na armadura, o plano neutro perpendicular ao campo principal do gerador. Quando h corrente, o campo magntico distorcido faz com que o plano neutro se desloque para uma nova posio. A posio do plano neutro varia de acordo com a intensidade da corrente na armadura.

Como Identificar e Corrigir a Reao da Armadura

Quando ocorre centelhamento entre o comutador e a escovas, o responsvel geralmente a reao da armadura. O plano neutro pode ser localizado deslocando-se as escovas

58

NTUimos

ao longo cio comutador at cessar o centelhamento, O plano neutro, naturalmente, varia toda vez que a corrente varia

Um meio de compensar a reao da armadura anular o campo da armadura atravs de um campo oposto. Os interpolos e os .'enrolamentos de compensao funcionam se* gimdo este princpio.

Isiterprft

Os interpoSfo&? ou plos de comvxtaSu, so pequenos plos auxiliares localizados entre os plos magnticos principais, Os interpolos tendem a neutralizar a reao da armadura criada peio campo magntico da armadura. Este efeito ocorre apenas na regio do campo magntico dos interpolos.

GERADOR DERIVAO COM INTERPOL05

O enrolamento dos interpolos so ligados em srie com os enrolamentos da armadura e enrolados de tal modo que a polaridade de cada interpolo a mesma que a do plo principal mais prximo no sentido da rotao da armadura.

P24P2S.

Qual a causa da reao da armadura?Qual o sintoma que indica a reao da armadura?

59

m mMppmmfWi^aniM ' 'W*,

1X4 v^V?*V- r *.- * #

NCLEO DA

# Af ;i>V

mente embutidos na extremidade das peas polares. So ligados em srie com os enrolamentos da armadura, como os interpolos, mas enrolados no sentido oposto ao dos enrolamentos da armadura. O campo dos enrolamentos de compen-

ENROLAMENTOS DE COMPENSAO

ENROLAMENTO DO CAMPO PRINCIPAL

CONDUTORES DA ARMADURA

CONDUTORES DO ENROLAMENTO DE COMPENSAO


R24. A reao da armadura causada pelo campo magntico da armadura, devido corrente na armadura.

R25. O sintoma que indica a reao da armadura o centelhamento entre o comutador e as escovas.

Enrolamentos de CompensaoQuando um gerador deve trabalhar com alta eficincia

sob solicitaes de carga variveis, usam-se enrolamentos de compensao. Os enrolamentos de compensao so geral-

60

mBamtmBm I

Efeito de Motor em um Geradorando h corrente nos enrolamentos da armadura, o ge

rador tende a girar como motor. O campo magntico das bobinas

;e

mSub. resposta d e ser?

Porque desse modo e campo produzido pelos exu- rolamentos d@compensao. e campo da.arma*dura tm sentidos contrrios* A varo dos dois campos a nu-sma, pois so alimentados peia: mesma, corrente.

"td.r

ivik^.vM&toi t w ^ C M p IMC < v -w so ^ * 4 * w * 8 W * ia iK y J# ^

c a r a c t e r s t ic a s d o g e r a d o r d e cc SRIE

Para que haja uma tenso de sadas o gerador de . CC srie deve funcionar com a chave de linha fechada...Assim, o circuito srie se completa atravs da carga, externa. Guando | carga externa no est ligada, o gerador srie no consegue produzir uma tenso .aprecivel.

Crescimento da Tarns ,Quando existe um circuito completo e a armadura est

girando no campo magntico, uma fem induzida na armadura. A princpio, esta fem se deve ao magnetismo residual presente no ncleo de ferro dos plos- de campo. Esta pequena fora eletromotriz faz com que uma pequena corrente atravesse os enrolamentos de campo. Com isso, o campo magntico aumenta. Quando o campo magntico aumenta, a tenso induzida nos enrolamentos da armadura tambm aumenta.

A tenso de sada do gerador srie continua a aumentar at que o ncleo de ferro do campo srie fica saturado, isto , no capaz de acomodar linhas de fora adicionais. Quando o campo magntico atinge a saturao, a tenso de sada atinge o valor mximo; a partir da, um aumento na corrente consumida pela carga no mais ocasiona um aumento na tenso de sada.

Caractersticas em CargaSe a carga solicita uma corrente da armadura maior que

a necessria para atingir a tenso mxima, a tenso de sada do gerador diminui. Esta queda na tenso se deve rea o da armadura e queda de tenso nas resistncias da armadura e do campo. Na pgina seguinte vemos um grfico da tenso de sada de um gerador de CC srie em funo da corrente na carga.

62

A concluso mais importante que poo.em.os e: anlise que o gerador de CC srie mais apro aplicaes em que a cerr&iit constante.

jr d

C araciers M i

de Mm Ge r 4; "5 A -A-O .rJJ

A principio, k medida que aumenta o consumo de corrente, a tenso de sada aumenta. Ouando o limite da saturao atingido, solicitaes adicionais produzem o efeito inverso. O ponto limite ocorre quando a intensidade do

impo magntco atinge o valor mximo.Examinando a curva caracterstica de um gerador de CC

srie, podemos ver que a partir da saturao a tenso cai bruscamente. Assim, possvel obter uma corrente razoavelmente constante dentro de urna larga faixa de tenses.

*, i* . "* '!? . . , {', ; *' .*., ' v* V S . / v . "i.VV/'| ' V?!:*f z AJj! ' V' ' ' V - ' *' " ' *..' * ; ' ' *.: > '

Suas respostas devem ser:R27. Para que haja tenso na sada, o gerador de CC

srie deve funcionar com a carga ligada.R28. O gerador de CC srie mais apropriado para

aplicaes em que a corrente constante.R29. medida que a corrente de sada aumenta, a

tenso de sada de um gerador de CC srie primeiro aumenta e depois diminui.

CARACTERSTICAS DO GERADOR DE CC DERIVAOOs enrolamentos de campo do gerador de CC derivao

esto ligados em paralelo com a armadura e a carga externa. O camp produzido pelas peas polares no depende diretamente da corrente de carga. Entretanto, a corrente de carga produz um efeito indireto. medida que a corrente de carga aumenta, a tenso de sada do gerador diminui. Isto se dev ao aumento da reao da armadura e queda de tenso na resistncia dos enrolamentos da armadura. Quando a tenso de sada do gerador diminui, a corrente nos enrolamentos de campo tambm diminui. Isto faz com que a tenso de sada diminua mais ainda. A tenso de sada portanto menor que se os enrolamentos de campo estivessem ligados a uma fonte de tenso constante.

Geralmente se coloca um reostato em srie com os enrolamentos de campo. Ajustando-se o reostato, pode-se controlar a corrente nos enrolamentos. Desse modo, pode-se variar a intensidade do campo magntico para compensar a diminuio da tenso de sada.

Crescimento da TensoPode-se conservar aberta a chave de carga do gerador de

CC paralelo, pois o crescimento da tenso no depende da carga externa. Quando o gerador est girando, os enrolamentos da armadura atravessam o campo magntico residual dos plos de campo. Este campo induz uma pequena tenso nos enrolamentos da armadura. Esta tenso, por sua vez, faz com que uma pequena corrente atravesse os enrolamentos da armadura, o reostato de campo e os enrolamentos do campo paralelo. A corrente nos enrolamentos do campo paralelo faz aumentar o campo magntico. A intensidade do campo magntico e a tenso induzida nos enrola-

64

gp!M;.\10%

mentos da armadura aumentam at que a tenso de sada do gerador atinge o valor mximo em vazio. >

tfcYJ.-.

feiOV:1 .

m.m

..v.

Caractersticas em Carga'*&

Ouando a tenso do gerador CC derivao atinge o valor mximo em vazio, fecha-se a chave de carga. O gerador ajustado s demandas da carga atravs do reostato de campo.

medida que as solicitaes da carga externa aumentam, a tenso de sada diminui da forma indicada na curva caracterstica abaixo.

ite mmm

wt.m . m

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:## lpKw. i

V

SiMft:

Caracterstica de Sada de umTENSO EM VAZIO

Suas respostas devem ser

R30. O gerador de CC derivao usado geralmente em aplicaes em que a tenso constante.

| | | p | | | | ^ ^ o limitetenso

de sada cai.

C RCTERst ic s i>o g erado r d e CC D l

excitao composta, os geradores de derivao longa e os de derivaao curta. s caractersticas gerais dos dois tipos so muito semelhantes. O gerador de derivao curta mais usado porque seus circuitos so mais simples, Nas prximas pginas vamos tratar apenas do tipo derivao curta. O campo srie de um gerador de CC de excitao composta e derivao curta ligado entre a carga e o circuito paralelo

de CC de excitao composta rene as vantagens do tipo s~:

:||rcliiient^Uma das vantagens do gerador derivao tambm est pre

sente no gerador depara a partida que a carga extern esteja lgada. Q prqcesso de crescimento de tenso -sj^elhawtiaodp::; tipo derivao.

C ^ r c t e r i s t i c f l ^ '

de carga fechada. A tenso de sada entoajustada atra-

campo srie em Uni g-rador de excitao composta controlar a tenso de sada dp gerador em relao carga externa. Os enrolamentos do cappo srie a j u d a m f t e n s o que ocorre quando se usa apenas um campo derivao.

J vimos que existem dois tipos de geradores de CC de

66

TENSO m v a z io

IIflMm da Excitao CompostafHtMto o enrolamento srie

W ;V;V ;; ' % 1 . '. . .;

|p n; uma tenso de sada com |i em vazio, dizemos que o imita oormaL V :l%

< >na ndo o enrolamento srie1 ' ; . ..

H a uma tenso de sada com a j ieiso em vazio, dizemos que

com que o gerador pro- a carga nominal igual

de excitao com-

i com que o g carga nominal menor que

de excitao sub**

mmtrsticas de um GeradorTENSO

NOMINAl

CORRENTENOMINAL

0 CORRENTE OE CARGA

Q uai ido o en rolamento srie faz com que o g UI:(j uma tenso de sada com a carga nomina 1 maior que

1 frnso em vazio, dizemos que o gerador de excitao uipercomposta. Os geradores de excitao composta so

< ralmente projetados de modo a serem de excitao ligei- I imente supercomposta.

I4 m alguns geradores, o grau de excita |r


R32. O gerador de excitao composta se parece mais com o gerador derivao em seu funcionamento.

R33. O gerador de excitao composta em que a tenso com a carga nominal igual tenso em vazio chamado de de excitao composta normal.

REGULAAO AUTOMTICA DE TENSO

possvel usar um dispositivo automtico para manter constante a tenso de sada de um gerador derivao, mesmo quando a carga varia. Este dispositivo chamado de regulador de tenso. Os reguladores variam automaticamente a corrente no enrolamento de campo toda vez que a tenso de sada comea a variar.

Alguns reguladores dispem de uma resistncia varivel em srie com o enrolamento de campo. Quando a tenso de sada diminui, a resistncia diminui e a tenso volta praticamente ao valor inicial. Se a tenso aumenta, a resistncia aumenta e a tenso volta ao normal.

REGULAO DE TENSO ATRAVS DA RESISTNCIA DE CAMPO

ARMADURACARGARESISTO*

VARIVEL (PARTE DO

REGULADOR)

ENROLAMENTO DE CAMPO -

68

Km outro tipo de regulador, um par de contatos usado para curto-circuitar um resistor fixo no circuito de campo, Guando os contatos esto abertos, o resistor limita a* f.

torrente de campo e mantm a tenso de saida abaixo do valor desejado. Quando os contatos colocam o resistor em rurto-circuito, a tenso sobe acima do valor desejado. Quando o gerador est funcionando, o regulador faz com que os contatos vibrem (abram e fechem regularmente). A corrente mdia no enrolamento de campo depende da rapidez com que os contatos vibram. A vibrao dos contatos, por sua vez, controlada pelo valor da tenso de sada.

REGULAO DE TENSO ATRAVS DE CONTATOS VIBRATRIOS

os reguladores de tenso controlam a corrente no enrolamento de campo.

P34. A tenso de um gerador derivao regulada variando-se a corrente d e--------- .

P35 O dispositivo automtico que mantm a tenso de sada de um gerado* praticamente constante cha- M A M A k I i T _________ ________ _ _______ ________

R34. A tenso de um gerador derivao regulada variauido-se a corrente de campo.

R35. O dispositivo automtico que mantm a tenso de saida de um gerador praticamente constante chamado de regulador de tenso.


OPERAO EM PARALELO DE GERADORES DE CC

s vezes necessrio usar mais de um gerador para fornecer energia eltrica mesma carga. Em alguns casos, a demanda mxima da carga excede a capacidade de um nico gerador; em outros, h necessidade de se garantir que o sistema continuar funcionando mesmo que um gerador apresente defeito.

Para aplicar a saida de dois ou mais geradores mesma carga, preciso lig-los em paralelo. As precaues a tomar so as mesmas que vimos no caso de baterias em paralelo. As polaridades e tenses devem ser iguais. importante observar que o modo de se ligar geradores de CA em paralelo diferente do modo de ligar geradores de CC.

Ligao de Dois Geradores de CC em Paralelo

Na figura da pgina seguinte vemos dois geradores que podem ser ligados mesma carga por meio de chaves. O modo de lig-los em paralelo o seguinte:

1. O gerador Gi est alimentando a carga externa; o gerador G2 deve ser colocado em paralelo com Gj.

2. A chave So deve estar aberta para evitar que o gerador 1 tente acionar o gerador 2 como motor.

3. Ajuste o reostato do campo derivao do gerador 2 para a posio mais baixa.

.4. Faa o gerador 2 funcionar com a velocidade nominal.

.5. Ajuste o reostato do campo derivao do gerador 2 de modo que ele produza uma tenso ligeiramente maior do que a do gerador 1. A polaridade deve ser a indicada na figura.

6. Feche a chave S2 para colocar o gerador 2 em paralelo com o gerador 1. NOTA: O gerador 2 deve estar submetido a uma pequena frao da carga total.

7. Ajuste o reostato do campo derivao do gerador 2 para distribuir a carga igualmente entre os dois geradores. Ajuste ao mesmo tempo o reostato de campo do gerador 1 para manter a tenso normal.

DOIS GERADORES DE CC LIGADOS EM PARALELO

ENROLAMENT OE CAMPO

1

ENROLAMENTO OE CAMPO

AMPER METRO VOLTMETRO AMPERMETRO VOLTMETRO

Como Retirar um Gerador de CC de um Circuito Paralelo

1. Enfraquea o campo do gerador a ser retirado de funcionamento e ao mesmo tempo reforce o campo do outro gerador.

2 , Quando o gerador a ser retirado no estiver mais submetido a carga alguma, abra a chave que o liga carga, retirando-o de funcionamento.

P36. O modo de se ligar geradores de CA em paralelo igual ao modo de se ligar geradores de CC?

P37. Ao se ligar geradores de CC em paralelo, o terminal positivo de um dos geradores deve ser ligado ao terminal ---------- ------ -------do outro.

P3So A carga transferida de um gerador para o outro ajustando-se o s --------- - ---------------- ------- ----- -

71

Suas respostas devem ser :

R36.R37.

R38.

No.Ao se ligar geradores de CC

\/ *

0 -

positivo de um dos geradores ao terminal positivo do outro.

A carga transferida de um geradc

em paralelo, o terser li-

tro vao

u s i c u u d u c u m g t i a u u i p a m O OU"-se os reostatos dos campos deri . ' 1 . ' - * * * * V,** * * . . d . .

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locidade excessiva do eixo de rotao. Se no for corrigida, poder danificar a mquina. Uma velocidade excessiva, quando mantida por algum tempo, pode despedaar o gerador.As ser causadas por peas rotativas mal equilibradas ou por rolamentos gastos.

importante obedecer fielmente s instrues do fabri cante no que se refere lubrificao e manuteno dos ro-

~ ilt * V ''au;1:iM

'VMi '(//rWtmmmser encon-

tradas no manual que acompanha a mquina. Obedea fiel mente s instrues do fabricante.

Observaes Acerca da LubrificaoP gte:

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Uma lubrificao imprpria, deficiente ou excessiva, pode causar srios danos s partes mecnicas ou eltricas do gerador. Uma lubrificao deficiente causa atrito e desgaste excessivo das partes mveis. Uma lubrificao excessiva pode causar danos eltricos curtos entre os segmentos do otnutador, defeitos na montagem das escovas, danos aos enrolamentos da armadura.

SUPERAQUECIMENTO DOS GERADORESE REMDIOS

CAUSAS

Causas Possveis

1. Lubrificao Insuficientevtf*

2. Carga Excessiva

3. Janelas de Ventilao Sujas-

S&; i:

* * V-*.

&%M-'

v .

-V-.- -Jfegfe'

Remdio

1. Lubrificar

2. Comparar a corrente de sada, medida com um ampermetro, e a corrente nominal do gerador. Se houver sobrecarga:a. Diminuir a carga do

gerador.b. Ligar um segundo ge

rador em paralelo com o primeiro.

3. Com o gerador desligado, fazer passar pelas janelas ar seco, limpo, com baixa presso.

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V

W& IKI

P39. Como voc determinaria o aumento mximo de tem per atura de um gerador?

P40. Qual a causa do superaquecimento dos rolamen< tos de um gerador?

P41. Cite algumas causas de vibrao em um gerador.

Motores de CCS:M\r-Y-..

M m -i-'/.-.A,-.:-mm

:W

mentos que determina o tipo de motor de CC. Os- trs tipos bsicos so: motor serie, motor derivao e motor de excitao composta.

Repare que os motores de CC dos diagramas abaixo so semelhantes aos trs tipos de geradores de CC.

TIPOS DE MOTORES DE CC

S5SJ

Mi.

/ - M

ARMADURAmjsi

M

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!*

A ,-

ARMADURA

ARMADURA. ' m

#* V Y

. # (. , v . V , * . . . . * . . .V .' # , ,i,; t ' .. , . ., . , , . . . * .

O sentido de rotao de qualquer motor de CC pode ser invertido trocando-se os fios do enrolamento de campo sem mexer nas ligaes da armadura. Se os fios dos enrolamen-

j r O QUE ACONTECE QUANDO SO INVERTIDAS

tos de campo e da armadura so invertidos, o motor continua a girar no mesmo sentido.

Invertendo os fios dos enrolamentos de campo, invertemos a polaridade do campo magntico. O campo da armadura permanece inalterado. Isto faz com que o motor gire no sentido oposto, como vemos na figura da pgina anterior. Se os fios dos enrolamentos de campo e da armadura fossem invertidos, os plos norte e sul do estator teriam a mesma posio relativa da primeira figura (com o plo sul em lugar do norte e vice-versa) e o motor continuaria a girar no mesmo sentido.

PERDAS NA ARMADURA

As perdas na armadura dos motores de CC so as mesmas dos geradores de CC: perdas no cobre, perdas por histeresee perdas por correntes de Foucault. Para diminuir essas perdas, utilizam-se processos semelhantes aos usados nos geradores. O ncleo da armadura dos motores geralmente de ao laminado.

REAO DA ARMADURA

Como nos geradores, a interao do campo magntico da armadura com o campo magntico principal distorce o campo principal. Ist,o faz com que o plano neutro se desloque. Se as escovas no forem colocadas no plano neutro, haver um centelhamento excessivo. A reao da armadura nos nio- tores pode ser atenuada pelo uso de interpolos e enrolamentos de compensao.

Pl. Que acontece com o sentido de rotao de um motor quando invertemos os fios dos enrolamentos de campo?

P2. Os geradores de CC apresentam perdas na armadura. Existem perdas semelhantes nos motores de CC?

P3. Os geradores de CC sofrem uma reao da armadura. Existe reao da armadura nos motores de CC?

P4. A parte estacionria dos motores de CC (campo) tambm chamada de ----- -------- .

P5. A parte mvel dos motores de CC (armadura) tambm chamada d e------------ ---- .

79


i

R2,R3.R4.

R5.

Ouando invertemos apenas os fios dos enrolamentos de campo, invertemos o sentido de rotao do motor.Sim.Sim.A parte estacionria dos motores de CC tambm chamada de estator.A parte mvel dos motores de CC tambm chamada de rotor.

FORA CONTRA-ELETROMOTRIZ

Quando os enrolamentos da armadura de um motor giram no campo magntico principal, uma fora eletromotriz gerada nesses enrolamentos, pois se trata de condutores que cortam linhas magnticas de fora. Esta fem se ope tenso de alimentao do motor. Quanto mais depressa o motor gira, maior a fora contra-eletromotriz gerada.

Ouando um motor de CC comea a girar, a corrente na armadura muito grande, a menos que se use um resistor de partida para limit-la. medida que o motor aumenta de velocidade, a fora contra-eletromotriz aumenta e limita a corrente na armadura, diminuindo a tenso efetiva aplicada ao motor.

MOTORES DE CC DERIVAO

O campo derivao consiste de muitas espiras de fio fino e ligado em paralelo com a armadura e com a linha de alimentao, como vemos na figura abaixo.

MOTOR DE CC DERIVAOOARMADURA

ENROLAMENTO DE CAMPO

O

ESCOVAS

*

m

m|CfmMiSS

mfMm

J88' -v.f.55s& Mwi

i.y;.c.V. '.t A a%m

mm>Sl\ w -rnSB

mmO motor derivao usado quando se deseja variar a velocidade de rotao do motor. Aumentando a resistncia emsrie com o campo derivao, o motor se acelera. (Se o cir- wcuito de campo interrompido e ainda h uma tenso aplicada armadura, o motor gira to depressa que pode ficar danificado). Um resistor em srie com a armadura diminui a m

59

m: v.y:*fc.....

a

miv.yfv

3S&ES&

MOTOR DE CC DERIVAO

COM REOSTATO DE AMPO

f gjSjgg?-

i l i ikfo

M m n km ktt

velocidade do motor. preciso conhecer as caractersticas decada motor para poder utiliz-lo corretamente. Na figura abaixo veremos as caractersticas tpicas de um motor derivao.

As caractersticas principais de um motor derivao so sua velocidade quase constante (para uma intensidade de campo constante) e o seu baixo momento de partida. Isto significa que os motores de CC derivao no podem ser usados para mover cargas de grande inrcia.

P6. A fora contraeletromotriz (aumenta, diminui) medida que a velocidade da armadura aumenta*

P7. Quais so as duas caractersticas principais de um motor de CC derivao?

P8. Uma resistncia em srie com o campo derivao (aumenta, diminui) a velocidade do motor*

81

'.3S

Suas respostas devem ser: A v &

R6.

R 7.

R8.

A fora contra-eletromotriz aumenta medida que a velocidade da armadura aumenta. Velocidade relativamente constante e baixo momento de partida.Uma resistncia em srie com o campo derivao aumenta a velocidade do motor.

MOTORES DE CC SRIE

Nos motores srie, os enrolamentos de campo e da armadura so ligados em srie. A corrente nos dois enrolamentos portanto a mesma. Por esse motivo, os enrolamentos de campo devem suportar correntes muito maiores que os enrolamentos de campo dos motores derivao. Na figura abai* xo vemoso diagrama esquemtico de um motor de CC srie.

Y V

ftri

mm:ik

Os momentos de partida e de manuteno de um motor srie so excelentes. Ele capaz de colocar e manter em movimento cargas muito pesadas. A regulao de velocidade, entretanto, muito pobre. A velocidade diminui medi-

Curvas Caractersticas de um Motor Srie

i w

DA CORRENTE COM CARGA PLENA

da que a carga aumenta. Assim, o motor gira devagar com uma carga pesada e depressa com uma carga leve. Se um motor de CC srie gira sem carga, sua velocidade aumenta tanto que pode danificar o motor. Os motores srie raramente so usados em aplicaes em que a carga ligada ao motor por meio de uma polia; se a polia se partisse, o motor ficaria sem carga. Uma das aplicaes tpicas do motor srie no motor de arranque^ dos automveis.

P9. Por que o enrolamento de campo de um motor srie deve ser de fio mais* grosso que o enrolamento de campo de um motor derivao?

PIO. Um motor srie tem um (alto, baixo) momento de partida.

P ll. Que acontece com a velocidade de um motor de CC srie se no h nenhuma carga ligada ao seu eixo?

P12. A corrente na armadura de um motor srie (passa, no passa) pelos enrolamentos de campo.

83


R9. Porque o campo srie deve suportar uma corrente muito maior.

RIO. Um motor srie tem um alto momento de partida*

R ll. A velocidade se torna perigosamente alta.R12. A corrente na armadura de um motor srie pas*

sa pelos enrolamentos de campo.MOTORES DE CC DE EXCITAO COMPOSTA

Como o prprio nome indica, o motor de CC de excitao composta uma combinao do motor srie e do motor derivao. Este tipo de motor dispe de um enrolamento de campo srie e um enrolamento derivao. Suas caractersticas so uma combinao das caractersticas do motor srie e do motor derivao. Quando o campo derivao e o campo srie se reforam, dizemos que a mquina um motor de excitao composta aditiva. Quando o campo derivao e o campo srie se opem, dizemos que o motor de excitao composta subtrativa.

Os motores de* excitao composta so divididos em dois grupos, de acordo com o modo como o enrolamento srie ligado: motores de derivao curta e motores de derivao longa.

MOTORES DE EXCITAO COMPOSTAO

ENROLAMENTO

DERIVAO

ENROLAMENTOSRIE

O

O-ENROLAMENTO

SRIE

NROLAMENTDERIVAO

O-DERIVAO LONGA DERIVAO CURTA

,W vV r Y"

Controlando-se a intensidade relativa dos dois campos, pode-se obter do motor de excitao composta qualquer caracterstica que possa ser apresentada por um motor srie puro, um motor derivao puro ou uma combinao dos dois. As caractersticas da pgina seguinte se aplicam a um motor de excitao composta tpico, mas no necessariamente a qualquer motor de excitao composta.

Examinando a figura abaixo, vemos que a velocidade de um motor de excitao composta quase to constante como a de um motor derivao e que o momento de partida

!? to alto como o de um motor srie. A velocidade de

um motor de excitao composta no aumenta perigosamente, mesmo quando retiramos toda a carga do motor. Pode- se projetar motores de excitao composta com uma grande varidade de caractersticas.

Curvas Caractersticas de um Motor de Excitao Composta

Os motores de excitao composta dispem de dois enrolamentos de campo. Por este motivo, os motores de excitao composta so geralmente mais caros que os motores srie e derivao da mesma capacidade.

P13. Qual o tipo de motor de CC que tem o maior momento de partida?

PI4. Qual o tipo de motor de CC que nunca deve ser ligado antes que haja carga mecnica no seu eixo ?

PI5. Qual o tipo de motor de CC cuja velocidade se mantm praticamente constante para qualquer carga?

PI6. Os motores de CC derivao tm um (alto, baixo) momento de partida.

PI7. Nos motores de CC (srie, derivao, de excitao composta) a mesma corrente atravessa os enrolamentos da armadura e os enrolamentos de campo.

PI8. Qual a diferena entre um motor de excitao composta e derivao curta e um motor de excitao composta e derivao longa?

MWWWfcWIWlIttMMmmmrnREOSTATO

CURSOR

DEMARRADORES MANUAISOs motores de CC apresentam uma baixa resistncia

tenso da fonte quando a armadura est parada. Por exemplo : um motor que normalmente solicita 50 amperes em carga plena por ter uma corrente de partida de 500 amperes ou mais. Esta corrente excessiva pode facilmente danificar o motor. Para evitar esta situao, usam-se muitas vezes demarradores. Geralmente s necessrio usar demarradores quando a potncia do motor maior que 0,25 HP. Na

I........... y..... .............. ........ ..... ....... " ' oI } UN HA

mm |o .. ....... ..... . -.... o-


R13. O motor srie.R14. O motor srie.R15. O motor derivao.R16. Os motores de CC derivao tm um baixo mo

mento de partida.R17. Nos motores de CC srie a mesma corrente atra

Enciclopédia Record de Eletricidade e Eletrônica_Motores e Geradores_Parte1

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