Conversão de Energia I N5CV1 Prof. Dr. Cesar da Costa 4.a Aula: Gerador de Corrente Contínua.

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1 Conversão de Energia I N5CV1 Prof. Dr. Cesar da Costa 4.a Aula: Gerador de Corrente Contínua

2 Geradores de Corrente Contínua  Um gerador de corrente contínua é uma máquina elétrica capaz de converter energia mecânica em energia elétrica.  Também chamados Dínamos.  O entendimento do seu funcionamento auxiliará no entendimento do funcionamento do motor CC que é basicamente o mesmo equipamento

3 ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC

4 ROTOR / ARMADURA / INDUZIDO  Parte móvel do gerador/motor de corrente contínua.  Composto por um material ferromagnético envolto num enrolamento – enrolamento de armadura.  A tensão gerada na armadura é ligada ao circuito externo podendo passar aqui, altas correntes.

5 ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC  Partes do rotor:  Núcleo ferromagnético: constituído por chapas de aço magnético laminadas com ranhuras axiais para alojar o enrolamento da armadura.  Enrolamento da armadura: composto de um grande número de espiras em série ligadas ao comutador/coletor. O giro da armadura faz com que seja induzida uma tensão neste enrolamento.  Eixo: Transmite a potência mecânica externa ao rotor.

6 ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC

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8  ANEL COMUTADOR / COLETOR  Realiza a inversão adequada do sentido das correntes que circulam no enrolamento do rotor.  É constituído de um anel de lâminas de material condutor (cobre), segmentado por um material isolante (mica) de forma a fechar o circuito entre cada uma das bobinas do enrolamento de armadura e as escovas no momento adequado.  É montado junto ao eixo da máquina e gira junto com o mesmo.

9 ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC

10  ESCOVAS  Podem ser de carvão, de metal, macias ou duras.  Servem de contato entre o coletor e a carga.  É posicionada no porta escovas onde é comprimida por meio de uma mola contra o coletor.

11 ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC

12  ESTATOR  Parte estática do motor, montada em volta do rotor.  Constituído de material ferromagnético envolto num enrolamento de baixa potência – enrolamento de campo.  Produz campo magnético fixo para interagir com o do rotor. A fonte de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de excitador, ou proveniente do próprio rotor

13 ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC

14  Um gerador pode possuir de 2 a vários pólos.  A figura mostra uma máquina bipolar e uma máquina hexapolar.  Estes polos são construídos em pares alternados N e S.

15 ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC  Vimos pela Lei de Faraday que ao movimentar um fio condutor dentro de um campo magnético de forma que este corte linhas de campo, surgirá nele uma fem.

16 Princípio de Funcionamento de um Gerador CC  Para facilitar o estudo do principio de funcionamento, vamos considerar inicialmente uma espira imersa em um campo magnético produzido por um ima permanente.

17 Princípio de Funcionamento de um Gerador CC  Observe que ocorre a inversão constante da corrente na espira devido ao fato das extremidades desta estar hora subindo hora descendo. Essa alteração no sentido da corrente é passada para a carga.

18 Princípio de Funcionamento de um Gerador CC https://www.youtube.com/watch?v=xN5jdheIP4s

19 Princípio de Funcionamento de um Gerador CC  A força eletromotriz gerada (e) varia com a intensidade do campo magnético, com o comprimento do condutor e com a velocidade de deslocamento do condutor dentro do campo. Assim quando o movimento do condutor for rotativo como é no gerador, é possível calcular o valor da fem induzida em cada momento e observar que quando não há fem induzida. Define-se aí o plano magnético neutro.

20 Princípio de Funcionamento de um Gerador CC Outra fórmula que permite calcular a tensão gerada é: Onde: voltagem gerada, sem carga; constante do gerador; r.p.m; fluxo por polo.

21 Princípio de Funcionamento de um Gerador CC  Com o uso do anel comutador é possível evitar que a alternância da corrente induzida seja passada para a carga. No momento em que ocorre a inversão da corrente o anel troca a extremidade da espira da qual a corrente é coletada pelas escovas.

22 Princípio de Funcionamento de um Gerador CC  A forma de onda da saída ainda não é contínua. Para se ter uma aproximação de uma saída em corrente contínua, basta aumentar a quantidade de espiras em rotação dentro do campo e também o número de polos do estator. Obs.: Não é a resultante da soma das senóides, mas sim a tensão captada pelas escovas que fornece a tensão resultante (média) e contínua.

23 REAÇÃO DO INDUZIDO  A fem induzida, como esperado, também cria um campo magnético próprio (Lei de Lenz) o qual interage com o campo do estator. O campo resultante é um campo distorcido com deslocamento do plano neutro magnético.  No momento da comutação não deveria ter corrente pela espira (neutro magnético), mas com o neutro deslocado esta acaba cortando linhas de indução na hora da comutação e é então curto- circuitada (normal na comutação) com corrente passando por ela.  Após a comutação observa-se um centelhamento nas escovas devido a interrupção do caminho dessa corrente indesejada e retomada da corrente normal

24 REAÇÃO DO INDUZIDO  Este fenômeno é conhecido como Reação do Induzido e além do perigo do centelhamento em áreas onde se trabalha com material inflamável, ela reduz a vida útil das escovas e causa queda da tensão induzida gerada pelo gerador.

25 REAÇÃO DO INDUZIDO  Soluções  Deslocar escovas para o novo neutro magnético. È uma operação complexa que precisa ser feito com frequência;  Inclusão de interpolos ou polos de comutação para corrigir o campo induzido. São colocados na linha neutra geométrica e ligados em série com o induzido. Produzem campo magnético oposto ao do induzido (não resolve a questão da queda de tensão já que consomem corrente).

26 REAÇÃO DO INDUZIDO  Enrolamento compensador nos polos do estator reduzindo o campo da fmm (força magnetomotriz) criada pelo induzido (não resolve a questão do centelhamento).

27 REAÇÃO DO INDUZIDO

28 FÓRMULA GERAL DO GERADOR E MOTOR CC  A equação básica para um motor cc é dada por: :  Para um gerador CC: :  Para um motor CC:

29 EXERCÍCIO: 1) UMA MÁQUINA DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE TEM TENSÃO DE ARMADURA DE 120V, COM RESISTÊNCIA DE ARMADURA DE 0,07 OHMs. PARA CADA VALOR DE TENSÃO MEDIDA EM SEUS TERMINAIS ABAIXO, INFORME SE SE TRATA DE UM MOTOR OU GERADOR E CALCULE SUA CORRENTE DE ARMADURA. a) 115 V b) 130V

30 Tipos de Geradores de Corrente Contínua https://www.youtube.com/watch?v=aqUJi2WsGjk