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+ ESCOLA TÉCNICA ESTADUAL DE FURNAS MÁQUINASELÉTRICAS DOF ue cia ENS NE Mo mms SUMÁRIO 100 - Máquinas de corrente continua 1.0.1 - Fundamentos da conversão eletromecânica de energia 1.0.2 - Torque eletromagnético. 103 - Tensões induzidas 1.0.3.1 - Lei de Faraday da indução eletromagnética 1.0.3.2 - Fatores que afetam o valor da fem induzida 1.0.3.3 - LeideLenz 104 - Utilização da corrente continua 10.5 - Partes de uma Máquina 1.0.5.1 - Carcaça (estator) £.0.5:2 - Partes polares (pólos) 1.0.5.3 - Enrolamento de cimpo 1.0.5.4 - Enrolamento de Armadura 1.0.5.4.1 - Passos dos enrolamentos 1.0.54.2 - Enrolamentos de passos fracionário 1.0.5.5 - Coletor ou comutador 1.0.5.6 - Escovas 1.0.5.7 - Interpólos e pólos de comutação 1.0.5.8 - Enrolamentos compensadores 1.0.5.9 - Reatância da armadura 200 + Gerador elétrico 20.1 - Geradores de corrente continua. 202 - Princípio de funcionamento 20.3 - Fatores que afetam o valor da força eletromagnética 204 - Coletor dispositivo de retificação 2.0.5 - Magnetismo remanescente 30.0 - Tipos de geradores de corrente continua 30.1 - Gerador de cc excitação independente 30.2 - Gerador de corrente continua auto-excitado. 3.0.2.1 - Gerador de cc auto-excitado em shunt 3.022 - Gerador de cc auto-excitado em série 3.023 - Gerador de cc auto-excitado composto. 303 - Razões que impedem auto-excitação de um gerador de cc 304 - Deslocamento da linha neutra. 30.5 - Ajustamento grau de compensação de geradores compostos cumulativos. 3.0.6 - Regulação de tensão de um gerador 3.0.7 - Perdas e eficiência de uma máquina de corrente continua 40.0 - Motores elétricos. 40.1 - Motor de corrente continua. NONO é 2a 40.2 - Princípio de funcionamento 403 - Torque do motor de corrente continua. - 40.4 - Força contra eletromotriz da armadura. 405 - Velocidade dos motores de Edfrente contida. E. € Ç Ç C (q ( c: c Ç C € C. 6: € & e Ç ( € C C: ( c ( OONONDBICCONDBONNOESMANALS DIGNOS MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA ALTAMIRO M GARCIA ROSA MÁQUINAS ELÉTRICAS » » : : r 190 MAQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA wo € acoplados entre si. Por um circuito magaético nos estendemos um cantinho para O fluxo elétrica: Nes máquinas elétricas, as-condutpres percortidos por comcates interagem com os campos magnftiçãs: resultando na conversão eletromecânica da esecgia. Uma: máquina é :Pasão, é intafiazide contar com a propriedade de dmazenar ençreja. Mas, seja qual for o método de grração de energia, parece que, uma vez que a eletiscidade-& =-Gnica foruis de energia cujo controle, utilização e-conversão em outras a : provavelmente: continuask a ser a forma principal de entrgia utilizada pélo base. Parece então que este é um campo em retação ao qual devemos continuar a experimentar os desafios e as respectivas recompensas. 1.0.1 FUNDAMENTOS DA CONVERSÃO ELETROMEÇÂNICA DE ENERGIA Os físicos definem a palavra energia como a quantidade de trabalho que um sistema é capaz de fornecer.:A: estria não pode ser criada, consumida ou destruída, ela podeser transformada oe trntisinitida pari difeçentos formas. A conversão eletromagnética SS 1 MMS A mes Ls ABEOOBSCODIOCTONISTADÇAR tci BOR E DOS DENASBTDA MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA ALTAMIRO M GARCIA ROSA converter a-tensão alternada induzida na armaifúra em correndo contísima. Tal dispositivo émmeretificador mecânico e é chamado de comutador. Os mesmos princípios fundamentais que formam a base da operação tanto de máquinas corrente altergada como de corrente contínua, que são govertadas pelas mesmas teis fundamentais. Os aspectos de construção dos vários tipos de máquinas elétricas são examinados com o propósito de indicar como as condições para a produção de torque € tensão é satisfeita e também para indicar pôr que são necessárias algumas diferenças. As equações serão colocadas muma forma mais útil para o propósito de análise e de projeto. 102 TORQUE ELETROMAGNÉTICO movimento). Nas equações elétricas, forças elétricas de origem mecânica, tais como fem (força eletromotiiz) indhpidas, dada pela Jei de Faraday, fazem parte das forças aplicadas. A conversão eletromecânica de energia envolve a troca de energia entre um á nda + or ssstestia meçânito são o , CAMPO DE SESTEMA ELÉTRICO ACOREA SISTEMA MECÂNICO. mENIO Fig EI - Representa em blocos « conversão eletromecânica da energia. atiisne dose soniliapnse a ealnedãos mim campo msincaco: A ação giradogas d mtor: «Enionindo: poa força mota (uubina a vapor, motor à gasolina, chamamos de hquras primárias) o Canento de dis tensão Sdiniida Se” minas H side Em - Cirouda ção des oe e és: das ma e er DD o ea ( C O Cs NAO, é jts BOSESGS o SOSÇO ç Co [e MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA ALTAMIRO M GARCIA ROSA significa que o movimento relativo entre o condutor e as tinhas de fluxo é um ângulo reto. Se o movimento não for um ângulo reto, então somente a componente ortogonal será útil para a indução de tensão. O valor da tensão induzida em uma simples espira de fio é proporcional à razão de variação das linhas de força que passam através daquela espira (ou se concatenam com ela). Neumann em 1845, quantificou esta afirmativa em uma equação na qual o valor da força eletromotriz (fem) induzida gerada era diretamente proporcional à razão de variação do fluxo concatenado. emed = E 10º v emed - é atensão média gerada em uma única espira (volts por espira) & - &ó número de maxwells ou linhas de força magnética concatenada pela espira. t - o tempo em segundos no qual o fluxo por tinhas são concatenadas. 10º - é número de linhas que uma espira deve concatenar por segundo para que seja induzida uma tensão de um volt. 1.0.3.2 Fatores que afetam o valor da fem induzida A quantificação de Neumann da Lei de Faraday mantém-se verdadeira apena quando o circuito magnético é fisicamente o mesmo do começo ao fim e durante O periodo em que ocorrem as variações do fluxo concatenado. Em máquinas elétricas rotativas, a variação do fluxo que concatena cada espira individualmente devido à rotação (quer da armadura, quer do campo) não é claramente definida ou facilmente mensurável (que se possa medir). É mais conveniente, expressar esta razão de variação em função de uma densidade média de fluxo e da velocidade relativa entre este campo e um condutor singelo movendo-se através dele. Para o condutor de comprimento ativo L a fem induzida instantânea pode ser expressa como: = Bl 10S V B - éa densidade de fluxo em gauss (tinhas por centímetro quadrado ou linhas, por metro quadrado). 1 - é o comprimento da porção ativa do condutor que concatena o fluxo em centimetro ou metros. V - é avelgcidade relativa entre o condutor e o campo em centimetros por segundo ou metros por segundo e - força motriz induzida send - ângulo de defasagem entre o fluxo magnético e as linhas de força e = Blvsen9.10*V MN nEDODrnAR MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA ALTAMIRO M GARCIA ROSA 10.33 Lei de Lenz A lei de Faraday da indução eletromagnética é apenas um dos efeitos eletromecânicos que relaciona a força mecânica aplicada a um corpo com o campo eletromagnético. A energia elétrica produzida pela indução eletromagnética requer um dispêndio de energia mecânica de acordo com a lei da conservação da energia. A energia para a indução eletromagnética não é fomecida pelo campo magnético, como se poderia supor, uma vez que não se altera nem se destrói o campo durante o processo. Em todos os casos de indução eletromagnética, uma feme induzida fará com que a corrente circule em um circuito fechado, num sentido tal que seu efeito magnético se oponha a variação que o prodaziu. A lei de Lenz implica em: 2) uma causa, b) um efeito opondo-se à causa. A causa cavolvida não é necessariamente o movimento do condutor resultante de uma força mecânica, mas uma variação do fluxo concatenado. O efeito envolvido é uma corrente cujo-campo se-opõe à causa. Em todos os casos de indução eletromagnética, sempre que ocorre-uma variação nó flixo concatenado uma tensão é induzida, a qual tende a estabelecer uma corrente mma direção tal que produza um campo em oposição à variação do fluxo que concatena as espiras do circuito. A energia elétrica é consumida apenas quando uma carga completa o percurso, de modo que a costente circula devido à fem induzida. Mas o campo produzido por esta corrente de carga atua de modo a reagir com o campo magnético do gerador. Quanto mais energia elétrica for solicitada pela carga, mais forte será o campo produzido pela corrente do. condutor e em oposição ao movimento da máquina primária que aciona O gerador. Figos 13. EE ló O (ol Dizeção da fem th Campo produzido pela (cl Distorção resultante do. induzida. correate induzida, campo magnético. Fig L3- Iasiração da Lei de Lenz O fator determinante da corrente nostinal da máquina é a capacidade condutora da bobina individual ou: do condutor-cas cada caminho, ou do grupo de bobina ligado em série: Conforine zementa o número de caminhos, aumenta à corrente nominal da máquina. A única: mánieira de aumentár a potência nominal de uma máquina é empregar uma armadura miior, com mais condutores «bobinas. Ex:1) Um condutor singelo, de 18 metros de comprimento é movido por uma força iiecânica perpendicularmente a um campo magnético umiforme de 50.000 linhas por metro quadrado; cobrindo-uma distancia de 720 metros em um segundo. Calcule: a) A eim ieiuzida à ânea b) À fee induzid diz Ex 2) Um fluxo de 6,58 x 10Ê linhas concatena uma malha de uma espira. O fluxo: anula-se em 0,125 segundo. A malha fechada tem uma resistência de 0,054 ohm. a mo “a f Ea a SSDADONM BABCADNSIASSSSIASSCBEIOCSINNMADARDA MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA ALTAMIRO M GARCIA ROSA É a parte da máquina que suporta mecanicamente os demais componentes da máquina. Também serve para completar o cituito magnético entre as pecas poláres, a ENS mm mm ARA, DNS (q E E Co CG € Ela MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA ALTAMIROM. GARCIA ROSA 1052 PECAS POLARES (PÓLOS) São construidas por muitas chapas finas de aço ou laminas montadas juntas € aparafisadas à carcaça. As pecas polares servem de suporte para as bobinas de campo € são projetadas para produzir um campo magnético concentrado. A laminação das pecas polares reduz as correntes parasitas. Tem pôr finalidade suportar os enrolamentos de campo. A sapata polar é curvada e mais larga que o múcico para espalhar 0 fluxo mais uniformemente. São os principais elementos na produção da firm (força magneto motriz) necessária a produção: da energia elétrica. Seu formato é tal que o aproveitamento do fluxo magnético seja o melhor pessivel. Os pólos são ligados em série e a tensão entre espiras nos pólos é bem pequena, portanto, O Fecapalar - Inmixado Fig. 16 - mostrando sma peça polar e a bobina de campo 1053 ENROLAMENTO DE CAMPO Esrolamentos de campo, estes enrolamentos, quando montados nas pecas polares, formam eletroimãs que produzem o campo magnético necessário para o funcionamento do gerador. O conjunto dos enrolamentos e pecas polares é geralmente chamado de campo. Os esrólamentos são bobinas de-fio isolado; enrolado de maneira a caber exatamente em tomo das peças polares. A corrente que passa nessas bobinas gera o campo magnético. Um gerador pode tes apenas dois pólos ou um grande número de pólos. Em qualquer um. destes casos, os pólos adjacentes são sempre de polaridade fipostas. Os:enrolamentos de campo podem Bolim de múmero:-menor de espiras de fio relativamente grosso. Fig. £7 - mostrando o enrolamento de campo LGS.4+ ARMADURA O: rotor da armadura: dis: máquinas de corrente continua tem quatro: funções principais; ay permite rotação para ação: geradora-ou ação motora mecânica; b). em virtude da rotação, produz a ação de chaveamento. necessária para à comitação, c) contéga os conidiores que induzem a tensão ou. providencian um torque cletromágnético, d) pravidencia uma faixa de baixa rehtância para o fluxo. Num motor, a armadura recebe à corrente proveniente de uma fonte elétrica externa. Isto faz a arinadura girar. Num gerador, a armadura gira entro os pólos do estator, por efeito de uma força mecânica extena. A 8 ! a A a ES SS Es Ds BISNETO RO eonccaBecanas RS MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA ALTAMIRO M. GARCIA ROSA assim por diante. A multiplicidade afeta o mimero de possíveis caminhos na armadura. A única diferença entre os dois tipos de enrolamentos é o método usado para ligar os elementos dos mesmos. Portanto, a diferença essencial é que no enrolamento imbricado as ligações se sobrepõem, enquanto que no enrolamento ondulado as conexões são feitas para adiante, de modo que cada enrolamento passa sob todos os pólos antes de regressar ao pólo Computando a fes: média gerada entre escovas, o múmero de caminhos, a, para os enrolamento imbxicado e ondulado é determinado pelas seguintes relações: Para um enrolamesto inibeicado. a — mP Para siz ensolamento ondulado. a = 2m a - éo número de caminhos em paralelo na armadura m -
