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MÁQUINAS ELÉTRICAS
Máquina de Corrente Contínua
Fundamentos Iniciais
Sabemos que uma forma de energia podem ser obtida de a partir de outra forma com ajuda de conversores.
As máquinas elétricas são conversores utilizados para transformar potência elétrica em potência mecanica ou vice-versa.
A máquina elétrica serve de ligação entre um sistema elétrico e um sistema mecânico.
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MÁQUINAS ELÉTRICAS
Máquina de Corrente Contínua
Fundamentos Iniciais
Se a conversão é de mecânica para elétrica, a máquina age como gerador.
Se a conversão de elétrica para mecânica a máquina age como motor.
Importante: A mesma máquina elétrica pode atuar tanto como motor quanto gerador.
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MÁQUINAS ELÉTRICAS
Fundamentos Iniciais
Conversão Eletromagnética
Nos três tipos de máquinas elétricas utilizadas para conversão de energia eletromecânica, os princípios para tal conversão são:
1.Quando um condutor se move ao longo de um campo magnético, uma tensão é induzida nesse condutor.
2.Quando um condutor conduzindo corrente é colocado no interior de um campo magnético, este é sujeito a uma força mecânica.
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Conversão Eletromagnética
Estes dois efeitos ocorrem simultaneamente se a energia está sendo transformada de mecânica para elétrica ou de elétrica para mecânica.
Na ação motora, o sistema elétrico faz fluir uma corrente elétrica através de condutores que são colocados no interior do campo magnético. A força atua sobre cada condutor.
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Conversão Eletromagnética
Se o condutor é colocado em uma estrutura livre para girar, um torque eletromagnético será produzido fazendo girar a estrutura em uma dada velocidade.
Se o condutor gira no campo magnético, um tensão será induzida em cada condutor.
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Conversão Eletromagnética
Na ação geradora, a estrutura girante denominada de rotor é acionada por uma máquina primária (turbina a vapor, motor a diesel). Uma tensão será induzida nos condutores que estão girando com o rotor.
Se uma carga é colocada ao enrolamento formado por estes condutores, uma corrente (i) fluirá, entregando potência elétrica a carga.
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MÁQUINAS ELÉTRICAS
Máquina de Corrente Contínua
Existem duas partes importantes na máquina de corrente de contínua.
Estator: parte fixa onde está situado o enrolamento de campo (enrolamento responsável pela produção do campo necessário ao processo de conversão eletromagnética de energia). Trata-se de um enrolamento por onde circula corrente contínua.
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MÁQUINAS ELÉTRICAS
Rotor: parte girante onde está localizado o enrola-lamento de armadura (enrolamento por onde circula corrente na forma alternada).
Comutador: elemento em contato com o enrola-mento de armadura que inverte o sentido da corrente contínua fornecida pela fonte externa.
Escovas: elemento condutor fixo que serve para transportar a energia elétrica do circuito externo para o enrolamento de armadura (motor) e ao contrário como gerador. OBS: Com o tempo estas precisam ser modificadas devido ao desgaste.
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Construção mecânica
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Construção mecânica
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Construção mecânica - Comutador
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Funcionamento : Fem induzidaBobina em um campo magnético uniforme
Uma bobina gira no interior de campo magnético uniforme.
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Inicialmente o fluxo na bobina é máximo, mas a taxa de variação é nula. A tensão induzida será nula. Ao girar a bobina no sentido horário, o fluxo que passa pela bobina tende a diminuir e devido a essa variação aparecerá uma tensão induzida cuja polaridade se opõe a tal variação.
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A figura da esquerda mostra que o fluxo na bobina é mínimo, mas a taxa de variação é máxima. Consequentemente, a fem induzida e a corrente através da resistência são máximas.
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A figura da direita mostra a posição quando a bobina gira em ângulo maior que 90º. Desde que o fluxo concatenado na bobina aumenta, a direção da corrente na bobina deve se opor a essa mudança. A corrente na bobina é ainda de (a) para (b).
Pode-se observar então que à medida que a bobina gira, o fluxo magnético também varia e consequentemente a tensão induzida.
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A figura a seguir ilustra a produção de fluxo magnético através dos pólos norte e sul.
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As figuras mostram a variação do fluxo magnético concatenado e a tensão induzida na bobina.
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Observe nas figuras anteriores que para uma máquina de dois pólos, um ciclo elétrico (360º) da forma de onda é gerado quando a bobina completa uma volta (360º) mecânico. Conclui-se que:
θ= θm
Como é possível conectar uma resistência nos terminais rotativos da bobina?
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Se os dois coletores da figura anterior são substituídos por apenas um anel coletor dividido em duas partes. Essa configuração do anel coletor é denominada de comutador (segmentos de cobre separados por um isolante).
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Outra maneira de representar o mecanismo de retificação de retificação mecânica é mostrado a seguir:
Para um movimento no sentido anti-horário o terminal no pólo norte estará com potencial positivo com relação ao terminal do pólo sul. A corrente no circuito será unidirecional.
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Observe agora a atuação do mecanismo comutador na operação motora.
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A corrente mudará de sentido quando a espira passa pela região interpolar e os segmentos comutadores tocam as escovas.
Máquina (p) pólos
A figura abaixo mostra uma máquina de 4 pólos. A distância entre dois lados da bobina é igual a (¼) da circunferência. Para esse caso, teremos dois ciclos completos da tensão induzida para cada rotação da bobina. Ou seja, o ângulo elétrico da tensão induzida será duas vezes o ângulo mecânico de rotação.
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Na seguir uma ilustração de uma máquina com quatro pólos.
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Na seguir uma ilustração de uma máquina com quatro pólos.