GERADOR DE CC

MARINHA DO BRASILCENTRO DE INSTRUO ALMIRANTE ALEXANDRINO

ESCOLA DE ELETRICIDADE E ELETRNICA

Gerador Corrente Contnua

CURSO: APERFEIOAMENTO EM ELETRICIDADE MDULO: MQUINAS ELTRICAS CC E CA INSTRUTOR: SO-EL-Ref JORGE SOARES GRUPO: O5 ALUNOS: AEL-2-105 ROSENILDO FLORIANO PAULINO AEL-2-201 EVERALDO JOSE DA COSTA AEL-2-207 ELVES ANTNIO LEITE AEL-2-305 MOISS GOMES DOS SANTOS

Rio de Janeiro, RJ em 25 de Setembro de 2008

Gerador de corrente contnua

Trabalho do Grupo 05 da turma AP-EL-2/2008 sobre s caractersticas dos Geradores CC, quanto excitao, formao dos campos indutores srie e paralelo, polarizao dos campos, tipos de excitao, converso de potncia eltrica em mecnica, tenso gerada e clculos de tenso, potncia e eficincia. Solicitado pelo Instrutor SO-EL-Ref Soares com o objetivo de avaliao parcial do mdulo Manuteno de Mquinas CC e CA.

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AGRADECIMENTOS

Agradecemos a Deus, Princpio e Criador de todas as coisas, pelo dom da inteligncia, por termos alcanado xito no concurso Cesp-Hab-Sg em 2004, o que nos permitiu que estivssemos presentes para realizar este trabalho. Agradecemos ainda de maneira especial nossa famlia, que souberem entender a nossa ausncia, cansao e estresse gerado durante o percurso da carreira. Emfim, agradecemos a todos aqueles que contribuam de maneira direta ou indiretamente para estarmos prximo da realizao de mais um desafio.

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SUMRIO

Justificativa Agradecimentos Sumrio Gerador de corrente contnua Partes componentes de uma mquina CC Tenso gerada Retificao por meio de um comutador Caractersticas dos geradores cc quanto excitao e tipos de campos indutores Excitao separada Gerador auto-excitado Gerador Paralelo Gerador srie Gerador composto Auto-excitao de um gerador shunt Circuito equivalente do gerador Clculo de tenso no gerador Equao da tenso no gerador Regulao de tenso no gerador Polarizao dos enrolamentos de campo, tipos e nomenclatura de campos e armadura. Perdas e eficincia de uma mquina CC Referncias bibliogrficas

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GERADORES DE CORRENTE CONTNUAO gerador uma mquina rotativa que converte energia mecnica em energia eltrica. A energia mecnica pode ser fornecida por uma queda-dgua, vapor, vento, gasolina, leo diesel ou por um motor eltrico. PARTES COMPONENTES DE UMA MQUINA CC A Fig. 1, mostra um corte de uma mquina CC comercial tpica, simplificada para dar nfase s partes principais. As partes principais dos motores e geradores de corrente contnua so basicamente as mesmas.

Fig. 1 - As partes principais de uma mquina CCFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

Armadura Em um motor, a armadura recebe a corrente proveniente de uma fonte eltrica externa. Isto faz a armadura girar. Em um gerador, a armadura gira por efeito de uma fora mecnica externa. A tenso gerada na armadura ento ligada a um circuito externo. Em resumo, a armadura do motor recebe a corrente de um circuito externo (a5 de 26


fonte de alimentao), e a armadura do gerador libera corrente para um circuito externo (a carga). Como a armadura gira, ela tambm chamada de rotor. O ncleo da armadura construdo de camadas laminadas de ao, provendo uma faixa de baixa relutncia magntica entre os plos. As lminas servem para reduzir as correntes parasitas no ncleo, e o ao usado de qualidade destinada a produzir baixas perdas. O ncleo contm ranhuras axiais na sua periferia para colocao do enrolamento da armadura, constitudo de bobinas isoladas entre si e do ncleo da armadura, colocadas nas ranhuras e eletricamente ligadas ao comutador.

Comutador Uma mquina CC tem um comutador para converter a corrente alternada (induzida) que passa pela sua armadura em corrente contnua liberada atravs de seus terminais (no caso do gerador). O comutador constitudo por segmentos de cobre, com um par de segmentos para cada enrolamento da armadura. Cada segmento do comutador isolado dos demais por meio de lminas de mica. Os segmentos so montados em torno do eixo da armadura e so isolados do eixo e do ferro da armadura. No estator da mquina so montadas duas escovas fixas, que permitem contatos com os segmentos opostos do comutador. Escovas So conectores fixos de grafita, 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). As escovas esto sempre instantaneamente conectadas a um segmento do comutador e em contato com uma bobina localizada na zona interpolar. Enrolamento de Campo Este eletrom produz o fluxo interceptado pela armadura. Em um motor, a corrente para o campo fornecida pela mesma fonte que alimenta a armadura. No gerador, a fonte de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de excitador, ou proveniente da prpria armadura. Constitudo de umas poucas espiras de fio grosso para o campo-srie ou muitas espiras de fio fino para o campo-shunt (em derivao).6 de 26


Tipos de enrolamentos de campo das mquinas CCFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

TENSO GERADA Se uma bobina com uma nica espira posta a girar num campo magntico uniforme a uma velocidade constante, a fem induzida num determinado lado da bobina variar com o seu movimento atravs das vrias posies de 0 a 7, conforme mostra a Fig. 2

(a) Posies instantneas de rotao

(b) Fem nas posies respectivas

velocidade constante Fig. 2 - Fem gerada por uma bobina mvel em um campo uniformeFonte: Mquinas Eltricas e transformadores Irving Kosov

Usando o lado ab da bobina como referncia, note-se que, quando ele estiver na posio 0 da Fig. 2.(a), a fem induzida na bobina ser zero, uma vez que o condutor ab (bem como o condutor cd) est se movimentando paralelamente ao campo magntico, sem cortar as linhas de fora. Quando o condutor ab se movimenta para a posio 1, girando no sentido horrio, ele corta o campo magntico uniforme num ngulo oblquo de7 de 26


45. A fem induzida neste condutor em movimento ascendente, com respeito a uma carga externa, ser positiva (na fonte a corrente sai do terminal positivo) e seu valor ser de aproximadamente 70,7 por cento da mxima tenso induzida (v = v mx . sen ; onde = 45). A variao na tenso mostrada graficamente na Fig. 2.(b), onde a fem positiva na posio 1 e tem o valor aproximado indicado. Quando a bobina alcana 90, posio 2, o condutor ab se move perpendicularmente ao campo magntico, e tem o mximo valor positivo mostrado na Fig. 2.(b). A posio 3, que corresponde a um ngulo de 135, leva a uma fem no lado ab da bobina idntica produzida na posio 1, pois (sen 135 = sen 45), com polaridade positiva uma vez que o condutor ainda se movimenta ascendentemente, mas a variao do fluxo ocorre numa razo menor que a da posio 2. Quando o condutor ab alcana 180, posio 4, a fem induzida novamente zero, uma vez que no h variao de fluxo quando o condutor se movimenta paralelamente ao campo magntico. Na posio 5, correspondendo a 225, a fem induzida no condutor ab tem a polaridade invertida, uma vez que ab agora se move descendentemente no mesmo campo magntico uniforme. A fem induzida aumenta at um mximo negativo a 270, na posio 6, e finalmente decresce, passando pela posio 7 e voltando a zero na posio 0. Deve-se notar que a natureza da fem induzida em um condutor que gira num campo magntico , ao mesmo tempo, senoidal e alternativa. A fem alternada produzida nos condutores de todas as mquinas girantes, seja CC ou CA. Observe-se que durante este processo no h fem induzida nos condutores bc ou ad, uma vez que eles se movimentam na mesma direo no mesmo campo e produziriam, portanto, fem iguais em oposio. Os lados da bobina ab e cd, entretanto, auxiliam-se mutuamente e a fem total produzida pela bobina o dobro do valor representado na Fig. 2.(b). Deve-se notar que no se produz fem nas posies 0 e 4, conhecidas como zonas neutras ou interpolares da mquina. RETIFICAO POR MEIO DE UM COMUTADOR A fim de se converter a tenso alternada (CA) em unidirecional (CC), necessrio empregar-se um dispositivo de chaveamento mecnico, que acionado pela rotao8 de 26


mecnica do eixo da mquina. Esse tal dispositivo o comutador elementar mostrado na Fig. 3 (a).

(a) Posies instantneas da bobina para

(b) Fem nas escovas e corrente de

carga produzida pela comutao. velocidade de rotao constante. Fig. 3 - Gerador bipolar com comutador de dois segmentosFonte: Mquinas Eltricas e transformadores Irving Kosov

O comutador, tambm chamado de coletor, consiste de dois segmentos, apoiados no eixo da armadura mas dela isolados, bem como isolados um do outro. Cada segmento do comutador do condutor ligado, respectivamente, a um lado da bobina. Desde que os lados da bobina e os segmentos do comutador esto mecanicamente ligados ao mesmo eixo, a ao mecnica da rotao a de reverter as ligaes e a bobina da armadura a um circuito externo estacionrio, no mesmo instante em que se inverte a fem induzida no respectivo condutor (isto , quando o lado da bobina se desloca para um plo de nome oposto). Como mostram as Fig. 2 e 3, a fem induzida em um condutor ab de polaridade positiva para os primeiros 180 de rotao (posies de 0 a 4), e de polaridade negativa para os outros 180 (posies de 4 a 0), usando-se o mtodo da Regra de Fleming da Mo Direita (gerador) para a determinao da polaridade. Mas, na Fig. 3 o condutor ab est ligado ao segmento 1 do comutador e o condutor cd ao segmento 2. Para os primeiros 180 de rotao, portanto, a fem positiva produzida pelo condutor ab ligada escova estacionria positiva. Para os seguintes 180 de movimento, a fem negativa produzida pelo condutor ab est ligada escova estacionria negativa. O mesmo efeito ocorre na ordem inversa para o condutor cd. Assim, a ao do comutador de inverter

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simultaneamente as ligaes ao circuito externo no mesmo instante em que se inverte o sentido da fem em cada um dos lados da bobina. Cada escova, positiva ou negativa, respectivamente, mantida, pois, sempre na mesma polaridade. A Fig. 3(b) mostra a forma de onda da fem (e da corrente) produzida como resultado do processo acima para um ciclo completo (ou 360) de rotao. A corrente unidirecional pulsante, que tem um valor zero duas vezes por ciclo, como mostra a Fig 3(b), dificilmente utilizvel como alimentao CC comercial. A fem de sada pode ser tornada menos pulsativa pelo uso de um grande nmero de bobinas ou segmentos do comutador. O efeito de aumentar-se o nmero de bobinas e segmentos mostrado na Fig. 4(a) e a forma de onda resultante mostrada na Fig. 4(b). Com apenas duas escovas e quatro segmentos, h agora quatro comutaes mostradas como a, b, c e d na Fig. 4(b), num ciclo de rotao completo (tempo de t a t). Logo, a fem resultante menos pulsante.

(a) Vista da seo transversal.

(b) Forma de onda resultante nas escovas.

Fig. 4 - Efeito de quatro condutores e segmentos sobre a forma de onda na sadaFonte: Mquinas Eltricas e transformadores Irving Kosov

Em um gerador, a rea onde nenhuma tenso pode ser induzida numa espira da armadura chamada de plano de comutao ou plano neutro. Este plano est a meia distncia entre plos norte e sul adjacentes. As escovas so sempre colocadas de modo a produzir um curto-circuito entre as bobinas da armadura que esto atravessando o plano neutro, e simultaneamente a sada retirada das outras bobinas. Nesse instante no h corrente e, portanto, no h centelhamento nas escovas.

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Fig. 5 - Ao comutadora correta da escova numa armaduraFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

Se deslocarmos as escovas alguns graus, elas poro a bobina em curto quando ainda estiver cortando o campo magntico. Como conseqncia, uma tenso ser induzida na bobina em curto e a corrente de curto-circuito causar centelhamento nas escovas. Esta corrente de curto-circuito pode danificar seriamente as bobinas e queimar o comutador.

Fig. 6 - Centelhamento nas escovas do comutadorFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

Quando a armadura gira no sentido do movimento dos ponteiros do relgio, a corrente no lado esquerdo da bobina sai da pgina, e no lado direito entra na pgina. Tambm est representado o campo magntico produzido em torno de cada lado da bobina. Agora existem dois campos: o campo principal e o campo em redor da cada lado da bobina. A figura 7 mostra como o campo da armadura distorce o campo principal e como o plano neutro deslocado no sentido da rotao. Se as escovas forem mantidas no plano neutro original, elas colocaro em curto bobinas com tenso induzida. Conseqentemente, haver centelhamento entre as escovas e o comutador. Para evitar isto, as escovas devem ser deslocadas para o novo plano neutro. O efeito da armadura ao deslocar o plano neutro chamado de reao da armadura.11 de 26


Fig. 7 - Reao da armaduraFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

CARACTERSTICAS DOS GERADORES CC QUANTO EXCITAO E TIPOS DE CAMPOS INDUTORES Os geradores CC recebem seus nomes de acordo com o tipo de excitao de campo utilizado. Quando o campo do gerador fornecido ou excitado por uma fonte CC independente (separada), como por exemplo, uma bateria, ele chamado de gerador de excitao separada ou independente, e quando ele fornece a sua prpria excitao, chamado de auto-excitado.

EXCITAO SEPARADA Excitao separada Possui dois circuitos independentes; um circuito de campo e o outro circuito da armadura. A sua corrente de excitao fornecida por uma fonte externa de CC (excitatriz), podendo ser um grupo de baterias ou um gerador CC autoexcitado, etc.

Diagrama do circuito de um gerador CC com excitao separadaFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

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Gerador auto excitado A corrente de excitao fornecida pelo prprio gerador, sendo isto possvel atravs do magnetismo residual retido pelas peas polares, que produz uma pequena FEM quando o gerador acionado. A pequena corrente inicial vai de maneira progressiva fortalecendo o campo indutor at a sua mxima densidade. O campo dos geradores desse tipo de excitao pode ser ligado de trs maneiras em relao armadura: paralelo, srie e composto. GERADOR PARALELO Paralelo (Shunt ou derivao) - Caractersticas fsicas: O campo indutor ligado em paralelo com a armadura e com a carga. Essas bobinas do campo so feitas com muitas espiras de fio fino (tenso). O reostato de campo ligado em srie com o campo indutor e com a armadura. Caractersticas eltricas: A tenso constante (VT=VL=VC=VA) para as diferentes condies de carga e a carga varivel (IA=IL+IC). Pelo fato do campo indutor e a armadura formarem um circuito fechado, a excitao independente da carga, permitindo assim uma mxima tenso de sada mesmo com o circuito de carga aberto. Neste tipo de gerador funcionando sem carga, a corrente de campo igual corrente da armadura (circuito srie); sendo mxima com aumento de carga, e com esse aumento a tenso de sada sofrer uma leve reduo (efeito da reao motriz, queda de velocidade) podendo ser corrigida com o aumento da corrente de excitao, fazendo-a estabilizar. So muitos usados na alimentao de sistemas que necessitam de tenso constante, como por exemplo, sistema de iluminao e de fora.

Diagrama do circuito de um gerador CC auto-excitado em derivaoFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

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GERADOR SRIE Caractersticas fsicas: O campo indutor ligado em srie com a armadura e com a carga. Essas bobinas do campo so feitas com poucas espiras de fio grosso (baixa resistncia para a passagem de corrente), para poder suportar as altas correntes de carga. O reostato do campo (RC) ligado em paralelo com o campo indutor. Caractersticas eltricas: corrente constante (IT=IC=IA=IL) com uma tenso varivel (VT=VL+VA). Neste gerador sem carga a tenso de sada mnima, pois s aquela produzida pelo magnetismo residual, com o aumento da carga a tenso sobe de forma gradativa at chegar no ponto de colapso aonde ele sofrer uma queda brusca, pois isto possvel devido as caractersticas do condutor do campo indutor.

Diagrama do circuito de um gerador CC auto-excitado em srieFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

GERADOR COMPOSTO No gerador composto, o campo-shunt predomina e o mais forte dos dois. Quando a fmm do campo-srie auxilia a fmm do campo-shunt, o gerador denominado de composto cumulativo (ou aditivo). Quando a fmm do campo-srie se ope fmm do campo-shunt, o gerador denominado de composto diferencial (ou subtrativo). igual ao circuito paralelo, porm este compensa a pequena queda de tenso com a utilizao de um campo indutor em srie. Possuem dois campos indutores, sendo um ligado em srie com a armadura e o outro ligado em paralelo com a mesma. Os reostatos de campo so resistncias ajustveis colocadas nos circuitos de campo para variar o fluxo do campo e, portanto, a f.e.m. gerada pelo gerador. No campo-

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shunt o controle do fluxo magntico (atravs do controle da corrente) realizado com um reostato colocado em srie com o enrolamento de campo-shunt, j no campo-srie o reostato deve ser colocado no circuito em paralelo com o enrolamento de campo-srie. De acordo com o sentido desses fluxos magnticos nos campos do indutor os geradores compostos so classificados em aditivos e diferenciais. 1) Diferenciais Os fluxos dos campos srie e paralelo tm o sentidos opostos e, portanto se subtraem. 2) Aditivos- Os fluxos dos campos srie e paralelo possuem o mesmo sentido e portanto se somam, ou seja, esse indutor que foi acrescido em srie refora o campo produzido pelo enrolamento paralelo, aumentando a Fora Magnetomotriz (FMM). Quando aumenta a carga, o fluxo do campo tambm aumenta, podendo ento aumentar ou diminuir a tenso terminal do gerador, sendo esta determinada pela influncia das bobinas desse campo srie sobre o fluxo produzido pelo campo paralelo, que chamado de grau de composio. E esse grau de composio determina a variao da tenso de sada do gerador quando houver um aumento de carga, e pode ser de trs tipos: a) Hipercompostos A tenso de sada com plena carga maior que sem carga. As cargas esto distantes do gerador. So os mais usados. b) Mdia composio A tenso de sada com plena carga igual de com sem carga. Usados quando as cargas esto prximas do gerador. c) Sub compostos (Hipocomposto) A tenso de sada a plena carga ligeiramente superior do que o sem carga, sendo parecido com o gerador paralelo. So pouco usados. OBSERVAO Ainda existe a resistncia difusora que regula o grau de composio dos geradores aditivos, sua resistncia baixa e ligada em paralelo com o campo srie, permitindo a ajustagem da tenso na condio de plena carga. Quanto maior for corrente atravs da resistncia, menor ser a influncia do campo srie sobre o campo paralelo. J o reostato de campo no circuito da bobina de campo em paralelo permite o ajuste da tenso na de sem carga do gerador composto.

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Reostatos de campo e curvas caractersticas de um gerador CC auto-excitado compostoFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

Os geradores compostos so ainda classificados quanto ligao do campo indutor paralelo em relao ao campo indutor srie e a armadura em longa derivao e curta derivao. a) Longa derivao O campo indutor paralelo ligado em paralelo com o conjunto (armadura e campo srie). b) Curta derivao O campo indutor paralelo ligado em paralelo s com a armadura.

(a) Excitao composta com derivao (b) Excitao composta com derivao Curta Longa Diagrama do circuito de um gerador CC auto-excitado compostoFonte : Edio Revista / Eletricidade Bsica Van Valkenburgh

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Gerador composto aditivo de longa derivao As bobinas dos campos indutores srie e paralelo produzem fluxos que se somam. O reostato de campo indutor ligado em srie com o campo paralelo. O campo paralelo ligado em paralelo com o conjunto (armadura e campo srie). Um aumento de carga faz aumentar a corrente que circula pelo campo indutor srie, aumentando sua excitao, com isso o fluxo total e a tenso de sada tambm aumentar. A corrente de excitao passa pelo campo srie e pela armadura. Gerador composto aditivo de curta derivao Possui as mesmas caractersticas do gerador anterior, diferindo s em relao ao campo paralelo, pois ele ligado em paralelo s com a armadura. A corrente de excitao no passa pelo campo srie e sim s pela armadura. Gerador composto diferencial de longa derivao Como dito anteriormente as bobinas dos campos srie e paralelo produzem fluxos em sentidos opostos e, portanto se subtraem (por ser diferencial). O campo paralelo ligado em paralelo com o conjunto (armadura e campo srie), pois de longa derivao. Com o aumento de carga aumenta a excitao do campo srie, cujo fluxo por estar em oposio ao fluxo do campo paralelo reduz o fluxo total, reduzindo assim a tenso de sada. A corrente de excitao passa pelo campo srie e pela armadura. Gerador composto diferencial de curta derivao Possui as mesmas caractersticas do anterior, diferindo s em relao ao campo paralelo que ligado em paralelo s com a armadura. A corrente de excitao no passa pelo campo srie e sim s pela armadura. OBS.: 1 - Os geradores compostos diferencias tm pouca utilidade prtica devido as suas caractersticas, tendo aplicao em gerador de solda eltrica. 2 -Para transformar um gerador aditivo em diferencial ou vice-versa, devem-se inverter os terminais do campo srie ou da armadura. No devendo inverter os terminais do campo paralelo, pois isso causaria na eliminao do magnetismo residual.

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A regulao de tenso de um gerador srie muito pobre. Mas no pode ser negada a capacidade do campo-srie de produzir magnetizao adicional til em resposta ao incremento de carga. Esta caracterstica til do campo-srie, combinada com a caracterstica de tenso relativamente constante do gerador shunt, conduziu ao gerador composto que muito mais usado do que os outros tipos de geradores CC, porque pode ser projetado de modo a oferecer uma ampla variedade de caractersticas.

AUTO-EXCITAO DE UM GERADOR SHUNT Como o gerador shunt auto-excitado est suprindo uma corrente relativamente pequena (em proporo sua corrente nominal) para excitar seu prprio circuito de campo, pode-se supor que a queda de tenso interna r aIa desprezvel, e que o valor de Vta (tenso nos terminais da armadura) igual ao valor de Vg (tenso gerada na armadura). Logo, possvel representar a reta associada resistncia de campo (Vf If) e a curva de magnetizao da mquina (Vg If) em um eixo comum. Esta representao vista na Figura abaixo.

Escorvamento de um gerador shunt auto-excitado.Fonte: Mquinas Eltricas e transformadores Irving Kosov

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Como o circuito de campo ligado diretamente aos terminais da armadura, a ordenada (valores do eixo y) da reta da resistncia de campo, Rf, a tenso nos terminais da armadura, Vta. A maneira pela qual o gerador shunt auto-excitado excita seu prprio campo e adquire uma tenso CC nos terminais da sua armadura descrita com os seguintes passos: Suponha que o gerador parte do repouso, ou seja, a mquina primria tem velocidade nula. Apesar do magnetismo residual, a fem gerada, Vg, zero. medida que a mquina primria faz girar a armadura, e a velocidade se aproxima do valor nominal, a tenso induzida devido ao magnetismo residual (Vg=kn ) e a velocidade (n) aumentam.

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Na velocidade nominal, a tenso na armadura devido ao magnetismo residual pequena, E1, como se v na Figura. Mas esta tenso tambm est aplicada no circuito de campo, cuja resistncia Rf. Assim, a corrente que flui no circuito de campo, I1, tambm pequena. Quando I1 flui no circuito de campo do gerador, resulta um aumento na fmm (devido a Nf I1), que auxilia o magnetismo residual, aumentando a fem induzida para E2. A tenso E2 agora aplicada na resistncia de campo, provocando a circulao de uma corrente I2 maior no circuito de campo. Nf I2 uma fmm incrementada que produz uma tenso gerada E3. E3 produz I3 no circuito de campo, que gera E4. Mas E4 provoca a circulao de I4 no campo, que produz E5; e assim por diante, at alcanarmos E8 que o mximo valor. O processo continua at o ponto em que a reta da resistncia de campo corta a curva de magnetizao. Aqui o processo pra. a tenso induzida produzida,

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quando aplicada no circuito de campo, produz um fluxo de corrente que, por sua vez, produz uma fem induzida de mesma magnitude, E8, como se mostra na figura. CIRCUITO EQUIVALENTE DO GERADOR As relaes entre tenso e corrente em um circuito equivalente de um gerador CC de acordo com a Lei de Ohm, so.

Vta = Vg ra I a Vt = Vg ( ra + rs ) I a I L = Ia I fonde: Vta Vg Vt ra rs rd Ia Is Id IL tenso nos terminais da armadura, V tenso gerada na armadura ou fora eletromotriz fem, V tenso nos terminais do gerador, V resistncia do circuito da armadura (incluindo a resistncia de resistncia do campo em srie, resistncia do campo em derivao, corrente da armadura, A corrente do campo em srie (Is=Ia ou Is=IL), A corrente do campo em derivao, A corrente da carga (ou corrente na linha), A

contato nas escovas),

Circuito equivalente de um gerador CC (derivao longa)Fonte: Eletricidade Bsica Coleo Schaum

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CLCULO DE TENSO NO GERADOR Um gerador que possui uma resistncia de armadura (incluindo as escovas) de 0,025 , e uma resistncia de campo em srie de 0,005 . Ele mantido em 1.200 rotaes por minuto (rpm) atravs de um motor de velocidade constante. Calcule a tenso gerada na armadura. RESPOSTA: :

Vg = Vt + ( ra + rs ) I a Vg = 250 + 400 ( 0 ,025 + 0 ,005) = 250 + 12 = 262 V

EQUAO DA TENSO NO GERADOR A tenso mdia Vg gerada por um gerador pode ser calculada atravs da frmula: VS = onde: Vg p Z P.Z . .n 60.a

tenso mdia gerada por um gerador CC, V nmero de plos nmero total de condutores da armadura fluxo por plo, Wb velocidade da armadura (ou rotor), rpm nmero de caminhos paralelos atravs da armadura, dependendo do

n a

tipo de enrolamento da armadura(imbricado ou ondulado). Para qualquer gerador, todos os fatores, so fixos, exceto e n. Portanto, frmula pode ser simplificada assumindo a forma:

Vg = k nonde: k= p Z 60 a

A Equao revela que o valor de uma fem induzida em qualquer circuito proporcional razo com que o fluxo est sendo interceptado. Assim, se duplicar e n permanecer o mesmo, o valor de Vg tambm duplicado. Analogamente, se n dobrar de valor, permanecendo constante, Vg tambm dobra.

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REGULAO DE TENSO NO GERADOR A regulao de tenso de um gerador a diferena entre a tenso nos terminais sem carga (SC) e com carga mxima (CM), e expressa como uma porcentagem do valor da tenso nos terminais com carga mxima (ou carga nominal). R( % ) = VSC VCM 100% VCM

Uma regulao com baixa porcentagem, caracterstica de circuitos de iluminao, significa que a tenso nos terminais do gerador praticamente a mesma com carga mxima ou quando est sem carga (em vazio).

POLARIZAO DOS ENROLAMENTOS DE CAMPO, TIPOS E NOMENCLATURA DE CAMPOS E ARMADURA. Os enrolamentos de campo so ligados de maneira a produzir plo norte e plo sul em funes opostas que determinaram o sentido da f.e.m nos condutores da armadura. Os enrolamentos do campo formam o eletrom que estabelece o fluxo de campo gerador. Esses enrolamentos recebem corrente de uma fonte CC externa ou podem ser ligados diretamente na armadura. Quando ligados estabelecem o fluxo magntico no campo, peas polares, entreferro e ncleo da armadura.

Enrolamentos da Armadura Tipos de enrolamentos da armadura 1. 2. 3. 4. 5. Armadura com bobina simples. Enrolamento com anel de Gramme. Armadura com tambor. Passo simples. Passo simples em ondas.

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Armadura com bobina simples O enrolamento de armadura consiste de uma nica espira. A rotao dela dentro do campo magntico faz com que nela se induza uma f.e.m cuja grandeza depende da intensidade do campo magntico e da velocidade de rotao do condutor. Obs. com a adio de mais espiras, a tenso de flutuao (ripple) pode ser reduzida a um valor mnimo. Enrolamento com anel de Gramme. O enrolamento com anel de Gramme consiste de um fio isolado enrolado em uma forma metlica na forma de anel com derivaes a intervalos regulares que so ligados aos segmentos. As partes do enrolamento localizadas no interior do anel praticamente no cortam linhas do fluxo e atuam apenas como ligao para as partes ativas localizadas na face externa do anel. Porque apenas uma pequena frao do condutor usada para gerar tenso. Esse tipo de enrolamento requer uma grande quantidade de espiras para produzir uma determinada tenso. Enrolamento tipo tambor No enrolamento bsico tipo tambor, todos os condutores ficam alojados nas ranhuras e prximos da superfcie da armadura. Nas armaduras tipo tambor,com exceo das ligaes terminais da bobina, todo fio de cobre usado para gerar a f.e.m. A distncia entre os dois lados da bobina conhecido como passo da bobina. H certas semelhanas entre os enrolamentos tipo anel de Gramme e o tipo tambor. A distribuio de tenso a mesma, assim como o nmero de percursos. Em ambos os tipos, quando uma escova faz contato com dois segmentos, feito o curto circuito em uma bobina. Enrolamento de passo simples imbricado As armaduras de CC so geralmente pr-moldadas. O termo salto se refere a distncia guardada entre um elemento ativo do enrolamento e outro da mesma bobina. O salto deve ser igual distncia perifrica entre os centros do campo polares adjacentes de maneira que a tenso gerada nos dois plos da bobina ficam em srie aditiva. Esta distncia denominada largura de plo. Quando o salto de uma bobina menor que a23 de 26


largura do plo, o enrolamento toma o nome de enrolamento com largura de plo fracionria. As bobinas com largura fracionria apresentam reduzida f.e.m porque as tenses nas bobinas no atingem o valor mximo no mesmo instante. Caractersticas: -H tantos percursos e posies de escova quanto forem os campos polares. -O enrolamento da armadura forma um circuito fechado contnuo. - usado para alimentar cargas que demandem corrente relativamente alta com tenso baixa. Enrolamento de onda simples No enrolamento de onda simples, os grupos de bobinas sob a ao de pares de plos similares, geram em qualquer instante, tenses iguais e esto ligadas em srie. Por isso tambm denominado enrolamento srie. Caractersticas: -H dois percursos paralelos e duas posies de escova independente dos campos polares. -O enrolamento de alta tenso e baixa corrente. -O enrolamento forma um circuito fechado contnuo. PERDAS E EFICINCIA DE UMA MQUINA CC As perdas nos geradores e motores consistem nas perdas no cobre dos circuitos eltricos (enrolamento da armadura e enrolamento de campo), nas perdas no ferro dos circuitos magnticos (ncleo do rotor e estator) e nas perdas mecnicas produzidas pela rotao da mquina. As perdas incluem: 1. Perdas no cobre.2.

Perdas no enrolamento da armadura Ra.Ia2. Rd.Id2 no campo em derivao. Rs.Is2 no campo em srie.

3. Perdas nos enrolamentos de campo.4. 5.

6. Perdas no ferro. 7. Perdas por correntes parasitas.24 de 26


8. Perdas por histerese. 9. Perdas mecnicas ou rotacionais. 10.Perdas por atrito. (a) Atrito nos mancais (rolamentos). (b) Atrito nas escovas. (c) Atrito com o ar (ventilao). As perdas eltricas no cobre esto presentes, porque consumida uma certa potncia quando se faz passar uma corrente atravs de uma resistncia. medida que a armadura gira no campo magntico, a fem induzida nas partes de ferro permite a passagem de correntes parasitas ou de Foucault, que aquecem o ferro representando assim um desperdcio de energia (perdas magnticas). As perdas por histerese ocorrem quando um material magntico magnetizado inicialmente num sentido e em seguida no sentido oposto. Outras perdas rotacionais so produzidas pelo atrito dos rolamentos nos mancais, pelo atrito das escovas apoiadas sobre o comutador e pelo atrito com o ar (perdas mecnicas). A eficincia (ou rendimento) a razo entre a potncia til na sada e a potncia total na entrada. Eficiencia = Eficiencia = Saida Entrada Entrada Perdas Saida = Entrada Saida + Perdas Saida 100% Entrada

A eficincia geralmente expressa na forma de porcentagem. Eficiencia ( % ) =

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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[ 1 ] GUSSOW, Milton. Eletricidade Bsica. 2. ed. So Paulo: Pearson Makron Books, 1997. 639 p. [ 2 ] VAN VALKENBURGH, Nooger & Neville, Inc. Eletricidade Bsica: Revista

Bsica. Rio de janeiro: Ao Livro Tcnico, 1982. v. 5, 165 p. [ 3 ] KOSOW, Irving L., Mquinas Eltricas e Transformadores. 8. ed. So Paulo: Globo, 1989. 667 p. [ 4 ] FITZGERALD, A. E., KINGSLEY JR, Charles, KUSKO, Alexander. Mquinas Eltricas: Converso Eletromecnica da Energia, Processos, Dispositivos e Sistemas. So Paulo: McGraw Hill do Brasil, 1975. 623 p. [ 5 ] WALTKINS, Albert James, Clculos de Instalaes Eltricas, So Paulo: Edgard Blcher, 1975, 2v. v. 2, p. 71-84. [ 6 ] http://meusite.mackenzie.com.br/dilburt/anotacoesdeconversaoum072sem2005.pdf, acessado em 10/09/2008. 7 ] http://paginas.fe.up.pt/maquel/AD/SGEE_2.pdf, acessado em 09/09/2008.

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