GERADORES CCGERADORES CC

Gerador de corrente contínua é uma Gerador de corrente contínua é uma máquina capaz de converter energia máquina capaz de converter energia mecânica em energia elétrica.mecânica em energia elétrica.

Como exemplos de geradores de corrente continua, temos os dínamos, as pilhas, etc. Na figura 1, ilustramos um circuito esquemático que faz uso de um gerador de corrente contínua, pode ser uma pilha e uma resistência ou uma lâmpada.

figura 1 figura 1

No gerador de corrente contínua o enrolamento No gerador de corrente contínua o enrolamento do estator (também conhecido como enrolamento do estator (também conhecido como enrolamento de campo) é excitado por uma fonte de corrente de campo) é excitado por uma fonte de corrente contínua e no eixo do rotor impõe-se um torque contínua e no eixo do rotor impõe-se um torque mecânico. Quando o enrolamento do rotor (o rotor mecânico. Quando o enrolamento do rotor (o rotor é conhecido também como armadura ou induzido) é conhecido também como armadura ou induzido) corta as linhas de força uma f.e.m. é induzida corta as linhas de força uma f.e.m. é induzida nele, obedecendo a lei de Faraday. A f.e.m. nele, obedecendo a lei de Faraday. A f.e.m. induzida é alternada (senoidal), mas por meio de induzida é alternada (senoidal), mas por meio de uma retificação mecânica (comutador) é uma retificação mecânica (comutador) é transformada em corrente contínua. A Figura transformada em corrente contínua. A Figura mostra um gerador elementar.mostra um gerador elementar.

Partes constituintes da máquina de corrente Partes constituintes da máquina de corrente contínuacontínua

Rotor (armadura)Rotor (armadura) Parte girante da máquina, montada sobre Parte girante da máquina, montada sobre

o eixo da máquina, construído de um o eixo da máquina, construído de um material ferromagnético envolto em um material ferromagnético envolto em um enrolamento chamado de enrolamento de enrolamento chamado de enrolamento de armadura e o anel comutador. Este armadura e o anel comutador. Este enrolamento suporta uma alta corrente enrolamento suporta uma alta corrente em comparação ao enrolamento de em comparação ao enrolamento de campo e é o circuito responsável por campo e é o circuito responsável por transportar a energia proveniente da transportar a energia proveniente da fonte de energia.fonte de energia.

Anel ComutadorAnel Comutador Responsável por realizar a inversão Responsável por realizar a inversão

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

A ação de converter a corrente alternada A ação de converter a corrente alternada para contínua é denominada para contínua é denominada comutação.comutação.

Uma tensão pulsante, embora contínua, Uma tensão pulsante, embora contínua, não é suficiente para alimentar não é suficiente para alimentar equipamentos de corrente contínua. Para equipamentos de corrente contínua. Para produzir uma corrente contínua mais produzir uma corrente contínua mais constante, devem ser adicionadas mais constante, devem ser adicionadas mais bobinas à armadura.bobinas à armadura.

Estator (Campo ou excitação)Estator (Campo ou excitação) Parte estática da máquina, montada em Parte estática da máquina, montada em

volta do rotor, de forma que o mesmo volta do rotor, de forma que o mesmo possa girar internamente. Também é possa girar internamente. Também é constituído de material ferromagnético, constituído de material ferromagnético, envolto em um enrolamento de baixa envolto em um enrolamento de baixa potência chamado de enrolamento de potência chamado de enrolamento de campo que tem a função apenas de campo que tem a função apenas de produzir um campo magnético fixo para produzir um campo magnético fixo para interagir com o campo da armadura. interagir com o campo da armadura.

EscovasEscovas Peças de carvão responsáveis por Peças de carvão responsáveis por

conduzir a energia para o circuito conduzir a energia para o circuito do rotor.do rotor.

Princípio de FuncionamentoPrincípio de Funcionamento

A indução eletromagnética é a base do A indução eletromagnética é a base do funcionamento dos geradores elétricos. funcionamento dos geradores elétricos. Cada gerador produz, por natureza, uma Cada gerador produz, por natureza, uma corrente alternada. corrente alternada.

Ao girar-se uma espira condutora (ou Ao girar-se uma espira condutora (ou bobina) imersa em um campo magnético, bobina) imersa em um campo magnético, aparece em seus terminais, uma tensão e aparece em seus terminais, uma tensão e corrente alternadas e senoidais com corrente alternadas e senoidais com freqüência dependente da velocidade de freqüência dependente da velocidade de giro. Para se transformar essa tensão em giro. Para se transformar essa tensão em alternada em contínua usa-se o artifício alternada em contínua usa-se o artifício mecânico chamado de comutador.mecânico chamado de comutador.

Circuito equivalente de um Circuito equivalente de um gerador CCgerador CC

Onde temos: Raj Resistência externa ajustável para controle do

fluxo de campo. Rf e Lf Representam as bobinas que produzem o fluxo

magnético no gerador. Rf em geral é muito baixo. Ea e Ra Representam o modelo Thevenin completo de

toda estrutura do rotor. Ea é a fonte de tensão ideal que representa a armadura e Ra as perdas.

VeVe Tensão usada para representar a queda de tensão Tensão usada para representar a queda de tensão

nas escovas. Normalmente é incluída em nas escovas. Normalmente é incluída em Ra.Ra. F1 e F2F1 e F2 Terminais do circuito de campo.Terminais do circuito de campo. A1 e A2A1 e A2 Terminais da armaduraTerminais da armadura VfVf Tensão no circuito de campoTensão no circuito de campo VtVt Tensão nos terminais de armaduraTensão nos terminais de armadura RFRF O equivalente de Raj+RfO equivalente de Raj+Rf

Características básicas

A tensão de armadura Ea é diretamente A tensão de armadura Ea é diretamente proporcional ao fluxo no gerador e à proporcional ao fluxo no gerador e à

velocidade de rotação.velocidade de rotação.

Gerador CC independenteGerador CC independente

Chamamos de independentes os geradores CC onde a Chamamos de independentes os geradores CC onde a corrente de campo é fornecida por um circuito externo.corrente de campo é fornecida por um circuito externo.

Podemos relacionar a tensão terminal Vt com a Podemos relacionar a tensão terminal Vt com a corrente de carga Ia para uma velocidade de corrente de carga Ia para uma velocidade de rotação constanterotação constante

Um aumento de carga causa queda de tensão Um aumento de carga causa queda de tensão terminal. Se este gerador não possuir bobinas de terminal. Se este gerador não possuir bobinas de compensação, o efeito de armadura tornará mais compensação, o efeito de armadura tornará mais acentuada essa queda de tensão. Para corrigir e acentuada essa queda de tensão. Para corrigir e controlar a tensão terminal podemos aumentar a controlar a tensão terminal podemos aumentar a rotação do motor ou aumentar a corrente de rotação do motor ou aumentar a corrente de campo.campo.

- Gerador / Motor de corrente - Gerador / Motor de corrente contínua com excitação contínua com excitação independente:independente:Potência: 0,5 KW;Potência: 0,5 KW;Tensão de Armadura: 170 Vcc;Tensão de Armadura: 170 Vcc;Tensão de excitação: 190 Vcc;Tensão de excitação: 190 Vcc;Velocidade: 1800 rpm;Velocidade: 1800 rpm;Grau de proteção: IP 22;Grau de proteção: IP 22;Ligações: Série / Shunt / Compound;Ligações: Série / Shunt / Compound;Funciona como motor e como geradorFunciona como motor e como gerador

Gerador CC ShuntGerador CC Shunt

É o gerador que alimenta sua É o gerador que alimenta sua própria corrente de campo por ter própria corrente de campo por ter seu circuito de campo diretamente seu circuito de campo diretamente conectado à tensão terminal da conectado à tensão terminal da máquina.máquina.

Circuito equivalente do Circuito equivalente do gerador CC Shuntgerador CC Shunt

Auto-excitação do Gerador Auto-excitação do Gerador ShuntShunt

Supondo o gerador à vazio, a subida da Supondo o gerador à vazio, a subida da tensão no gerador depende da presença tensão no gerador depende da presença de um fluxo residual nos pólos do de um fluxo residual nos pólos do gerador. Quando ele começa a girar, uma gerador. Quando ele começa a girar, uma tensão interna começará a ser gerada. tensão interna começará a ser gerada.

Problemas na auto-excitação do Problemas na auto-excitação do gerador CC shuntgerador CC shunt

Não há fluxo magnético residualNão há fluxo magnético residual

Não havendo fluxo residual, teremos Não havendo fluxo residual, teremos EaEa=0 e a tensão não subirá. Neste caso, =0 e a tensão não subirá. Neste caso, desconectamos o campo do circuito de desconectamos o campo do circuito de armadura e conectamos a uma bateria. armadura e conectamos a uma bateria. Esta corrente criará o fluxo residual Esta corrente criará o fluxo residual necessário à partida normal dos pólos. necessário à partida normal dos pólos. Método conhecido nacionalmente como Método conhecido nacionalmente como ""chupetachupeta" e mundialmente como "" e mundialmente como "flashing flashing the fieldthe field".".

Direção de rotação reversa ou Direção de rotação reversa ou correções de campo reversocorreções de campo reverso

Neste caso o fluxo residual cria Neste caso o fluxo residual cria Ea Ea que que gera um fluxo oposto ao fluxo residual ao gera um fluxo oposto ao fluxo residual ao invés de somá-lo. Devemos inverter o invés de somá-lo. Devemos inverter o sentido de rotação ou alterar as conexões sentido de rotação ou alterar as conexões de campo ou ainda realizar a "de campo ou ainda realizar a "chupetachupeta" " com polaridade inversa.com polaridade inversa.

Circuito de campo ou armadura Circuito de campo ou armadura abertosabertos

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

Resistência de campo ajustada a um Resistência de campo ajustada a um valor muito altovalor muito alto

A tensão terminal cresce até que a curva de A tensão terminal cresce até que a curva de magnetização intercepte a curva de resistência magnetização intercepte a curva de resistência de campo. A resistência crítica de campo. A resistência crítica R2R2 causa que causa que pequenas mudanças de pequenas mudanças de R2R2 ou ou IaIa causam uma causam uma variação enorme de variação enorme de VtVt. E para valores maiores . E para valores maiores como como R3R3, a tensão nunca sobe. A solução é , a tensão nunca sobe. A solução é reduzir reduzir RfRf..

Como a curva de magnetização varia com a Como a curva de magnetização varia com a velocidade do eixo, a resistência varia com a velocidade do eixo, a resistência varia com a velocidade. Quanto menor a velocidade, menor velocidade. Quanto menor a velocidade, menor deverá ser a resistência crítica deverá ser a resistência crítica RcRc..

Gerador CC CompostoGerador CC Composto

Neste tipo de gerador estão presentes os Neste tipo de gerador estão presentes os dois circuitos de campo. A força magneto dois circuitos de campo. A força magneto motriz deles podem ser combinadas de motriz deles podem ser combinadas de forma forma AditivaAditiva ou ou SubtrativaSubtrativa..

A posição do circuito paralelo também A posição do circuito paralelo também classifica o gerador CC composto como classifica o gerador CC composto como paralelo-longoparalelo-longo ou ou paralelo-curtoparalelo-curto

Circuito equivalente do Circuito equivalente do gerador CC compostogerador CC composto

Gerador CC Composto Paralelo-LongoGerador CC Composto Paralelo-Longo

Gerador CC Composto Paralelo-CurtoGerador CC Composto Paralelo-Curto

Os pontos sobre as bobinas de Os pontos sobre as bobinas de campo paralela e série têm o campo paralela e série têm o mesmo significado dos utilizados mesmo significado dos utilizados em transformadores: em transformadores: "Ambas "Ambas correntes entrando(ou saindo) nos correntes entrando(ou saindo) nos pontos significa polaridade Aditiva".pontos significa polaridade Aditiva".

Gerador CC Composto Aditivo Gerador CC Composto Aditivo longolongo

Característica da tensão terminalCaracterística da tensão terminal Se supormos um aumento de carga, Se supormos um aumento de carga,

teremos um aumento de teremos um aumento de IlIl e e conseqüentemente uma aumento de conseqüentemente uma aumento de IaIa. . Neste ponto dois efeitos podem ser Neste ponto dois efeitos podem ser observados:observados:

Com o aumento, de Com o aumento, de IaIa aumenta a queda aumenta a queda de tensão em de tensão em IaIa((RaRa++RsRs) e a tensão ) e a tensão terminal Vt tende a cair.terminal Vt tende a cair.

Com o aumento e Com o aumento e IaIa, a , a f.m.m.f.m.m. do ramos do ramos série aumenta o fluxo do gerador e com série aumenta o fluxo do gerador e com isso aumenta isso aumenta EaEa. Este aumento tende a . Este aumento tende a elevar a tensão terminal elevar a tensão terminal VtVt..

O efeito predominante é regido pelo O efeito predominante é regido pelo número de voltas do ramo série, número de voltas do ramo série, NseNse. As . As possibilidades são:possibilidades são:

HipocompostoHipocomposto Neste caso há um número pequeno de Neste caso há um número pequeno de

voltas na bobina série(voltas na bobina série(NseNse pequeno), com pequeno), com isto o efeito da queda de tensão isto o efeito da queda de tensão prevalece e Vt cai como em um gerador prevalece e Vt cai como em um gerador paralelo de uma forma mais lenta. paralelo de uma forma mais lenta.

PlanocompostoPlanocomposto Neste caso há uma predominância inicial Neste caso há uma predominância inicial

do efeito do campo série e Vt aumenta do efeito do campo série e Vt aumenta com o aumento de carga. Porém ao se com o aumento de carga. Porém ao se atingir a saturação magnética o efeito da atingir a saturação magnética o efeito da queda de tensão se torna predominante.queda de tensão se torna predominante.

HipercompostoHipercomposto Neste caso há um grande número de Neste caso há um grande número de

voltas no campo série. Assim o efeito voltas no campo série. Assim o efeito predominante é o efeito série.predominante é o efeito série.

Gerador composto com resistor Gerador composto com resistor de drenagemde drenagem

Se inserirmos uma resistência variável Se inserirmos uma resistência variável em paralelo com o circuito de campo em paralelo com o circuito de campo série, podemos obter todas as série, podemos obter todas as configurações dadas acima.configurações dadas acima.

Gerador CC SérieGerador CC Série

É o gerador que possui seu circuito de É o gerador que possui seu circuito de campo ligado em série com o circuito de campo ligado em série com o circuito de armadura. Como a corrente de campo é armadura. Como a corrente de campo é muito alta, suas bobinas possuem menos muito alta, suas bobinas possuem menos voltas, são feitas de fio grosso e menor voltas, são feitas de fio grosso e menor resistência possível.resistência possível.

Circuito equivalente do Circuito equivalente do gerador CC sériegerador CC série

Características terminaisCaracterísticas terminais

Ao operar a vazio a tensão terminal será Ao operar a vazio a tensão terminal será dada pelo valor de fluxo residual na dada pelo valor de fluxo residual na máquina, pois não haverá corrente de máquina, pois não haverá corrente de campo. Quando a corrente de carga campo. Quando a corrente de carga aumenta a tensão terminal se eleva bem aumenta a tensão terminal se eleva bem mais rápido que a queda de tensão mais rápido que a queda de tensão Ia⋅(Ra+Rf)Ia⋅(Ra+Rf). Quanto atinge a saturação, a . Quanto atinge a saturação, a queda de tensão passa a ser mais queda de tensão passa a ser mais acentuada e a tensão terminal passa a acentuada e a tensão terminal passa a cair.cair.

O gerador CC série é um péssimo gerador O gerador CC série é um péssimo gerador de tensão contínua e é usado apenas em de tensão contínua e é usado apenas em poucas aplicações específicas como poucas aplicações específicas como geração de arcos voltaicos onde seus geração de arcos voltaicos onde seus terminais são curto-circuitados para se terminais são curto-circuitados para se obter uma alto valor de corrente.obter uma alto valor de corrente.