GERADORES CC

MQUINAS ELTRICAS E ACIONAMENTOSGERADOR DE CORRENTE CONTNUA

Gerador de corrente contnua uma mquina capaz de converter energia mecnica em energia eltrica. importante lembrar que no existe diferena entre o gerador e o motor, exceto pela direo do fluxo de potncia.

J Princpios de Funcionamento de um gerador de corrente contnua Quando se trata de um gerador, a energia mecnica suprida pela aplicao de um torque e da rotao do eixo da mquina, uma fonte de energia mecnica pode ser, por exemplo, uma turbina hidrulica, uma turbina elica, etc.

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Na figura 1, ilustramos um circuito esquemtico que faz uso de um gerador de corrente contnua, pode ser uma pilha e uma resistncia ou uma lmpada.JESQUEMA ELTRICO COM GERADOR

figura 1

JNo gerador de corrente contnua o enrolamento do estator (tambm conhecido como enrolamento de campo) excitado por uma fonte de corrente contnua e no eixo do rotor impe-se um torque mecnico. Quando o enrolamento do rotor (o rotor conhecido tambm como armadura ou induzido) corta as linhas de fora uma f.e.m. induzida nele, obedecendo a lei de Faraday. A f.e.m. induzida alternada (senoidal), mas por meio de uma retificao mecnica (comutador) transformada em corrente contnua. A Figura mostra um gerador elementar.

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JVISTA EXPLODIDA DE UMA MQUINA DE CORRENTE CONTNUA

JRotor (armadura)Parte girante da mquina, montada sobre o eixo da mquina, construdo de um material ferromagntico envolto em um enrolamento chamado de enrolamento de armadura e o anel comutador. Este enrolamento suporta uma alta corrente em comparao ao enrolamento de campo e o circuito responsvel por transportar a energia proveniente da fonte de energia.

JRotor (armadura)

JPartes do RotorNcleo Magntico: constitudo de um pacote de chapas de ao magntico laminadas, com ranhuras axiais para alojar o enrolamento da armadura;Enrolamento da Armadura: composto de um grande nmero de espiras em srie ligadas ao comutador. O giro da armadura faz com que seja induzida uma tenso neste enrolamentoComutador: constitudo de lminas de cobre (lamelas) isoladas umas das outras por meio de lminas de mica (material isolante). Tem por funo transformar a tenso alternada induzida numa tenso contnua. Eixo: o elemento que transmite a potncia mecnica desenvolvida pelo motor a uma carga a ele acoplada.

JAnel ComutadorResponsvel por realizar a inverso adequada do sentido das correntes que circulam no enrolamento de armadura, constitudo de um anel de material condutor, segmentado por um material isolante de forma a fechar o circuito entre cada uma das bobinas do enrolamento de armadura e as escovas no momento adequado.

JA ao de converter a corrente alternada para contnua denominada comutao.Uma tenso pulsante, embora contnua, no suficiente para alimentar equipamentos de corrente contnua. Para produzir uma corrente contnua mais constante, devem ser adicionadas mais bobinas armadura.

A seguir um comutador de lminas.

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JEstator (Campo ou excitao)Parte esttica da mquina, montada em volta do rotor, de forma que o mesmo possa girar internamente. Tambm constitudo de material ferromagntico, envolto em um enrolamento de baixa potncia chamado de enrolamento de campo que tem a funo apenas de produzir um campo magntico fixo para interagir com o campo da armadura.

MEstator (Campo ou excitao)Parte esttica da mquina, montada em volta do rotor, de forma que o mesmo possa girar internamente. Tambm constitudo de material ferromagntico, envolto em um enrolamento de baixa potncia chamado de enrolamento de campo que tem a funo apenas de produzir um campo magntico fixo para interagir com o campo da armadura.

MEstator (Campo ou excitao)

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Estator

M EscovasSo conectores de grafita fixos, montados sobre molas que permitem que eles deslizem (ou "escovem) sobre o comutador no eixo do rotor. Assim, as escovas servem de contato entre os enrolamentos da armadura e a carga externa.

M Escovas

M Escovas e comutador

MPrincpio de Funcionamento

A induo eletromagntica a base do funcionamento dos geradores eltricos. Cada gerador produz, por natureza, uma corrente alternada. Ao girar-se uma espira condutora (ou bobina) imersa em um campo magntico, aparece em seus terminais, uma tenso e corrente alternadas e senoidais com freqncia dependente da velocidade de giro. Para se transformar essa tenso em alternada em contnua usa-se o artifcio mecnico chamado de comutador.

MCircuito equivalente de um gerador CC

MOnde temos:RajResistncia externa ajustvel para controle do fluxo de campo.Rf e LfRepresentam as bobinas que produzem o fluxo magntico no gerador. Rf em geral muito baixo.Ea e RaRepresentam o modelo Thevenin completo de toda estrutura do rotor. Ea a fonte de tenso ideal que representa a armadura e Ra as perdas.

MVeTenso usada para representar a queda de tenso nas escovas. Normalmente includa em Ra.F1 e F2Terminais do circuito de campo.A1 e A2Terminais da armaduraVfTenso no circuito de campoVtTenso nos terminais de armaduraRFO equivalente de Raj+Rf

MCaractersticas bsicas

A tenso de armadura Ea diretamente proporcional ao fluxo no gerador e velocidade de rotao.

MGerador CC independente

Chamamos de independentes os geradores CC onde a corrente de campo fornecida por um circuito externo.Podemos relacionar a tenso terminal Vt com a corrente de carga Ia para uma velocidade de rotao constanteUm aumento de carga causa queda de tenso terminal. Se este gerador no possuir bobinas de compensao, o efeito de armadura tornar mais acentuada essa queda de tenso. Para corrigir e controlar a tenso terminal podemos aumentar a rotao do motor ou aumentar a corrente de campo.

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- Gerador / Motor de corrente contnua com excitao independente:Potncia: 0,5 KW;Tenso de Armadura: 170 Vcc;Tenso de excitao: 190 Vcc;Velocidade: 1800 rpm;Grau de proteo: IP 22;Ligaes: Srie / Shunt / Compound;Funciona como motor e como gerador

MGerador CC Shunt

o gerador que alimenta sua prpria corrente de campo por ter seu circuito de campo diretamente conectado tenso terminal da mquina.

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Circuito equivalente do gerador CC Shunt

RAuto-excitao do Gerador Shunt

Supondo o gerador vazio, a subida da tenso no gerador depende da presena de um fluxo residual nos plos do gerador. Quando ele comea a girar, uma tenso interna comear a ser gerada.

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Problemas na auto-excitao do gerador CC shunt

No havendo fluxo residual, teremos Ea=0 e a tenso no subir. Neste caso, desconectamos o campo do circuito de armadura e conectamos a uma bateria. Esta corrente criar o fluxo residual necessrio partida normal dos plos. Mtodo conhecido nacionalmente como "chupeta" e mundialmente como "flashing the field".

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Direo de rotao reversa ou correes de campo reverso

Neste caso o fluxo residual cria Ea que gera um fluxo oposto ao fluxo residual ao invs de som-lo. Devemos inverter o sentido de rotao ou alterar as conexes de campo ou ainda realizar a "chupeta" com polaridade inversa.

RCircuito de campo ou armadura abertos

Deve-se desconectar os circuitos e realizar um teste de continuidade.

RResistncia de campo ajustada a um valor muito alto

A tenso terminal cresce at que a curva de magnetizao intercepte a curva de resistncia de campo. A resistncia crtica R2 causa que pequenas mudanas de R2 ou Ia causam uma variao enorme de Vt. E para valores maiores como R3, a tenso nunca sobe. A soluo reduzir Rf.Como a curva de magnetizao varia com a velocidade do eixo, a resistncia varia com a velocidade. Quanto menor a velocidade, menor dever ser a resistncia crtica Rc.

RGerador CC Composto

Neste tipo de gerador esto presentes os dois circuitos de campo. A fora magneto motriz deles podem ser combinadas de forma Aditiva ou Subtrativa.A posio do circuito paralelo tambm classifica o gerador CC composto como paralelo-longo ou paralelo-curto

RCircuito equivalente do gerador CC composto

Gerador CC Composto Paralelo-Longo

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Gerador CC Composto Paralelo-Curto

ROs pontos sobre as bobinas de campo paralela e srie tm o mesmo significado dos utilizados em transformadores: "Ambas correntes que entram ou saem nos pontos significam polaridades Aditivas".

RGerador CC Composto Aditivo longo

Caracterstica da tenso terminalSe supormos um aumento de carga, teremos um aumento de Il e conseqentemente uma aumento de Ia. Neste ponto dois efeitos podem ser observados:

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Com o aumento, de Ia aumenta a queda de tenso em Ia(Ra+Rs) e a tenso terminal Vt tende a cair.Com o aumento e Ia, a f.m.m. do ramos srie aumenta o fluxo do gerador e com isso aumenta Ea. Este aumento tende a elevar a tenso terminal Vt.

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O efeito predominante regido pelo nmero de voltas do ramo srie, Nse. As possibilidades so:HipocompostoNeste caso h um nmero pequeno de voltas na bobina srie(Nse pequeno), com isto o efeito da queda de tenso prevalece e Vt cai como em um gerador paralelo de uma forma mais lenta.

LPlanocompostoNeste caso h uma predominncia inicial do efeito do campo srie e Vt aumenta com o aumento de carga. Porm ao se atingir a saturao magntica o efeito da queda de tenso se torna predominante. HipercompostoNeste caso h um grande nmero de voltas no campo srie. Assim o efeito predominante o efeito srie.

LGerador composto com resistor de drenagem Se inserirmos uma resistncia varivel em paralelo com o circuito de campo srie, podemos obter todas as configuraes dadas acima.

LGerador CC Srie

o gerador que possui seu circuito de campo ligado em srie com o circuito de armadura. Como a corrente de campo muito alta, suas bobinas possuem menos voltas, so feitas de fio grosso e menor resistncia possvel.

LCircuito equivalente do gerador CC srie

LCaractersticas terminais

Ao operar a vazio a tenso terminal ser dada pelo valor de fluxo residual na mquina, pois no haver corrente de campo. Quando a corrente de carga aumenta a tenso terminal se eleva bem mais rpido que a queda de tenso Ia(Ra+Rf). Quanto atinge a saturao, a queda de tenso passa a ser mais acentuada e a tenso terminal passa a cair.

LO gerador CC srie um pssimo gerador de tenso contnua e usado apenas em poucas aplicaes especficas como gerao de arcos voltaicos onde seus terminais so curto-circuitados para se obter uma alto valor de corrente.

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