GERADORES DE CORRENTE CONTÍNUA GERADORES DE CORRENTE CONTÍNUA
Principais Partes Construtivas de Uma M
Principais Partes Construtivas de Uma Máquinaáquinade Corrente Continuade Corrente Continua
1-1- CarcaCarcaçaça
2-2- Sapatas polaresSapatas polares
3-3- Rotor ou ArmaduraRotor ou Armadura
4-4- Coletor ou ComutadorColetor ou Comutador
5-5- EscovasEscovas
6-6- Enrolamento da ArmaduraEnrolamento da Armadura
7-7- Bobinas de Campo ShuntBobinas de Campo Shunt
8-8- Bobinas de Campo SBobinas de Campo Sérieérie
9-9- InterpolosInterpolos
Descri
Descrição das principais partes constituintes ção das principais partes constituintes de uma máquina ccde uma máquina cc
1-1- CarcaCarcaçaça
Constitui a estrutura externa da maquina, faz parte do seu circuito magn
Constitui a estrutura externa da maquina, faz parte do seu circuito magnético e pode ser feita de aço ouético e pode ser feita de aço ou ferro fundido.
ferro fundido.
2-2- Sapatas PolaresSapatas Polares S
Sãoão ligadas solidariamente a carcaligadas solidariamente a carcaça e devem ser feitas de ça e devem ser feitas de material ferro magmaterial ferro magnético de nético de boa qualidade;boa qualidade; serve para conduzir o fluxo magn
serve para conduzir o fluxo magnético principal nético principal na maquina a maquina através da através da armadura.armadura. Entre a sapata polar e a carca
Entre a sapata polar e a carcaça fica o núcleo do pólo que aloja as bobinasça fica o núcleo do pólo que aloja as bobinas de campo.de campo.
3-3- Rotor ou ArmaduraRotor ou Armadura
É a parte rotatória da maquina que é constituída de lâminas para diminuição de perdas Foucault. As É a parte rotatória da maquina que é constituída de lâminas para diminuição de perdas Foucault. As
llâminas do rotor possuem ranhuras que servem para alojar o enrolamento da armadura eâminas do rotor possuem ranhuras que servem para alojar o enrolamento da armadura e conseq
conseqüentemente apresenta saliências chaüentemente apresenta saliências chamadas dentes, (o rotor nmadas dentes, (o rotor não pode ser maciço porque existeão pode ser maciço porque existe varia
4-4- Coletor ou comutadorColetor ou comutador
Toda a vez que uma espira do enrolamento da armadura passa pela linha neutra (linha de simetria Toda a vez que uma espira do enrolamento da armadura passa pela linha neutra (linha de simetria magn
magnética da maquina) ela deve ter sua corrente invertida, essa inversão é feita pelo comutador que éética da maquina) ela deve ter sua corrente invertida, essa inversão é feita pelo comutador que é constitu
constituído por uma sucessão de laminas condutoras isoladas uma da outra dispostas numa superfícieído por uma sucessão de laminas condutoras isoladas uma da outra dispostas numa superfície cil
cilíndrica.índrica.
5-5- EscovasEscovas As escovas s
As escovas são os terminais do enrolamento da armadura e correspondem aos terminais de entrada deão os terminais do enrolamento da armadura e correspondem aos terminais de entrada de energia el
energia elétrica para os motores ou terminas de saída de energia elétrica nos geradores. As escovas sãoétrica para os motores ou terminas de saída de energia elétrica nos geradores. As escovas são feitas de uma liga de carbono e grafite e deslizam sobre a superf
feitas de uma liga de carbono e grafite e deslizam sobre a superf ície do coletor. A posição das escovasície do coletor. A posição das escovas deve ser tal que a comuta
deve ser tal que a comutação em cada espira no enrolamento da armadura se de durante a passagemção em cada espira no enrolamento da armadura se de durante a passagem pela linha neutra.
pela linha neutra.
6-6- Enrolamento da ArmaduraEnrolamento da Armadura
Esse enrolamento esta encaixado nas ranhuras do rotor e deve ser distribu
Esse enrolamento esta encaixado nas ranhuras do rotor e deve ser distribuído ao longo dessas ranhurasído ao longo dessas ranhuras de forma que se tenha entre as escovas uma simetria independentemente da posi
de forma que se tenha entre as escovas uma simetria independentemente da posição do rotor, ou seja,ção do rotor, ou seja, quando se caminha atrav
quando se caminha através desse enrolamento de uma escova até a és desse enrolamento de uma escova até a outra escova se encontre igualmenteoutra escova se encontre igualmente distribu
distribuídas; oídas; o mesmo nmesmo número de espiras associadas em serie. Existem dois tipos de enrolamentos, oúmero de espiras associadas em serie. Existem dois tipos de enrolamentos, o ondulado e o imbricado.
7-7- Bobinas de Campo ShuntBobinas de Campo Shunt As bobinas de campo shunt est
As bobinas de campo shunt estão situadas, como já foi dito, no núcleo dos pólos, são constituídas por ão situadas, como já foi dito, no núcleo dos pólos, são constituídas por um grande n
um grande númeroúmero de espiras. Serve para produzir o campo principal da maquina ,tem esse nomede espiras. Serve para produzir o campo principal da maquina ,tem esse nome porque s
porque são ligadas em paralelo co ão ligadas em paralelo co o enrolamento da armadura.o enrolamento da armadura.
8-8- Bobinas de Campo SBobinas de Campo Sérieérie
Tem a mesma finalidade das bobinas de campo shunt, isto
Tem a mesma finalidade das bobinas de campo shunt, isto é,contribuem para o fluxo principal daé,contribuem para o fluxo principal da maquina,tamb
maquina,também estão situadas nos núcleos dos pólos e tem esse nome porque são ligadas em serieém estão situadas nos núcleos dos pólos e tem esse nome porque são ligadas em serie com o enrolamento da armadura.S
com o enrolamento da armadura.São constituídas por um número bem menor de espiras porem de fioão constituídas por um número bem menor de espiras porem de fio mais grosso do que as bobinas do campo shunt. De
mais grosso do que as bobinas do campo shunt. De acordo com os enrolamentos existentes:acordo com os enrolamentos existentes: Maquina S
Maquina Série: Quando utiliza apenas o camérie: Quando utiliza apenas o campo série.po série. Maquina Shunt: Quando utiliza apenas o campo shunt. Maquina Shunt: Quando utiliza apenas o campo shunt. Maquina composta ou Compound: Quando utiliza
Maquina composta ou Compound: Quando utiliza os dois enrolamentos.os dois enrolamentos.
9- Interpolo 9- Interpolo
Com a maquina em funcionamento havendo passagem de corrente pelo enrolamento da armadura, Com a maquina em funcionamento havendo passagem de corrente pelo enrolamento da armadura, haver
haverá produção de outro campo de indução magnética chamado campo de reação da armadura ouá produção de outro campo de indução magnética chamado campo de reação da armadura ou campo de quadratura, pois ele tem uma
campo de quadratura, pois ele tem uma diredireção aproximada de 90º em relação ao cção aproximada de 90º em relação ao campo principal.ampo principal. Esse fato provocaria uma altera
Esse fato provocaria uma alteração na posição da linha neutra da maquina com prejuízo para ação na posição da linha neutra da maquina com prejuízo para a comuta
comutação. Esse fato pode ser sensção. Esse fato pode ser sensivelmente melhorado com a introdução dos interpolos que são peçasivelmente melhorado com a introdução dos interpolos que são peças polares localizadas na posi
polares localizadas na posição da linha neutra da maquina, sobre os interpolos enrolamção da linha neutra da maquina, sobre os interpolos enrolam-se as bobinas-se as bobinas de campo do interpolo.
de campo do interpolo.
10- Bobinas de campo do Interpolo 10- Bobinas de campo do Interpolo S
São ligadas em serie com o enrolamento da armadura num sentido tal que o campo por elas produzidoão ligadas em serie com o enrolamento da armadura num sentido tal que o campo por elas produzido se oponha ao campo de rea
CAMPO DE REA
Distor
Distorção resultante do fluxoção resultante do fluxo polar produzido pelo fluxo polar produzido pelo fluxo da armadura .
Rea
Reação da armaduração da armadura Coloca
Colocação dos Interpolosção dos Interpolos
"LN" "LN" LN LN LN LN N N SS
LEI DE FARADAY E NEUMANN LEI DE FARADAY E NEUMANN
REGRA DA M
GERADOR ELEMENTAR - POLARIDADE DE UM
GERADOR ELEMENTAR - POLARIDADE DE UM GERADOR ELEMENTARGERADOR ELEMENTAR
O condutor deve ser tratado como uma f
O condutor deve ser tratado como uma fonte de FEM.onte de FEM.
Se uma carga fosse ligada aos term
Se uma carga fosse ligada aos terminais, circulara uma corrente do terminainais, circulara uma corrente do terminal positivo l positivo atravatravés da carga ,és da carga , at
até o terminal negativo .é o terminal negativo .
R R
F.E.M. senoidal gerada por uma bobina girando em um campo magn
F.E.M. senoidal gerada por uma bobina girando em um campo magnético uniforme àético uniforme à velocidade constante.
Seguimento (ab) como refer Seguimento (ab) como referência.ência.
OBS: Na posi
OBS: Na posição de 45º a tensão ção de 45º a tensão induzida (com respeito a uma carga externa)induzida (com respeito a uma carga externa) E = 70,7% da m
RETIFICA
RETIFICAÇÃO DA FORMA DE ONDA GERADA ATRAVÉS DO COMUTADOR ÇÃO DA FORMA DE ONDA GERADA ATRAVÉS DO COMUTADOR
Seguimento (cd) como referencia
Seguimento (cd) como referencia nos primeiros 180nos primeiros 180º depois segmentos (º depois segmentos (ab) (180ab) (180º a 360º).º a 360º). Forma de onda resultante nas escovas.
GERADOR COM 2 BOBINAS, 4 SEGMENTOS ATIVOS E
GERADOR COM 2 BOBINAS, 4 SEGMENTOS ATIVOS E 4 LAMINAS DE COMUTADOR.4 LAMINAS DE COMUTADOR.
As escovas do gerador elementar mostrado na figura abaixo. As escovas do gerador elementar mostrado na figura abaixo.
N
N
S
S
1' 1' 2' 2' 1 1 2 2 + +--Forma de onda resultante nas escovas para a tens
EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DE TENSÃO DO GERADOR C.C. EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DE TENSÃO DO GERADOR C.C.
Eg = KON x 10 Eg = KON x 10-8-8 Unidade ( V ) Unidade ( V ) K= Constante da maquina K= Constante da maquina O = Fluxo por p
O = Fluxo por póloólo N = Velocidade em rpm. N = Velocidade em rpm. a a ZP ZP K K 60 60 Onde: Onde: Z= N
Z= NÚMEROS TOTAL DE CONDUTORES DA ARMADURA.ÚMEROS TOTAL DE CONDUTORES DA ARMADURA. P = NUMERO DE POLOS.
P = NUMERO DE POLOS.
a = NUMERO DE CAMINHOS PARALELOS NA ARMADURA. a = NUMERO DE CAMINHOS PARALELOS NA ARMADURA.
Exemplo: Exemplo: Z = 40 CONDUTORES. Z = 40 CONDUTORES. P = 2 POLOS. P = 2 POLOS. a = 2
a = 2 CAMINHOS CAMINHOS PARALELOS PARALELOS ..
= 6,48 x 10= 6,48 x 1088 LINHAS LINHAS N = 30 RPM. N = 30 RPM. cte cte x x x x K K 6 6 4 4 2 2 60 60 2 2 40 40 Eg = 4/6 x 6,48x10 Eg = 4/6 x 6,48x1088 x 30 x 10x 30 x 10-8-8 V V Eg Eg 129129,,66
Exemplo: Um gerador de oito p
Exemplo: Um gerador de oito pólos tem um total de 480 condutoresólos tem um total de 480 condutores distribudistribuídosídos em 16 caminhosem 16 caminhos paralelos.O fluxo por p
paralelos.O fluxo por pólo é 1,6 x 10ólo é 1,6 x 1077...linhas a velocidade...linhas a velocidade é 1200 rpm. Se as faces polares cobremé 1200 rpm. Se as faces polares cobrem 75% da superf
75% da superf ície da armadura ,calcule:ície da armadura ,calcule:
A) A tens
A) A tensão gerada entre as escovas. B) substituindoão gerada entre as escovas. B) substituindo-se a armadura do gerador por outra que tem-se a armadura do gerador por outra que tem 4 caminhos paralelos , qual a
4 caminhos paralelos , qual a nova tensnova tensão gerada entre as escovas.ão gerada entre as escovas.
C) A porcentagem na varia
C) A porcentagem na variação do fluxo original ou na velocidade a fim de que se desenvolva ação do fluxo original ou na velocidade a fim de que se desenvolva a mesma tens
mesma tensão do item A.ão do item A.
A) A) Eg = K Eg = KN x 10N x 10-8-8 (V)(V) Eg = 0,75 xK Eg = 0,75 xKN x 10N x 10-8-8 (V)(V) 4 4 1 1 )) 2304 2304 10 10 1200 1200 10 10 6 6 ,, 1 1 16 16 75 75 ,, 0 0 16 16 4 4 60 60 8 8 480 480 60 60 )) 576 576 10 10 1200 1200 10 10 6 6 ,, 1 1 4 4 75 75 ,, 0 0 4 4 16 16 60 60 8 8 480 480 60 60 Eb Eb Ea Ea C C V V x x x x x x x x x x Eg Eg x x x x a a ZP ZP K K B B V V x x x x x x x x x x Eg Eg x x x x a a ZP ZP K K
Para mantermos a mesma tens
Para mantermos a mesma tensão do item A devemos diminuir o O ou N de 4 vezes ou seja umaão do item A devemos diminuir o O ou N de 4 vezes ou seja uma redu
Curva de
Curva de magnetizaçãomagnetização
Define-se curva de magnetiza
Define-se curva de magnetização da maquina c.c. o gráf ção da maquina c.c. o gráf ico que fornece o fluxo por pico que fornece o fluxo por pólo daólo da maquina em fun
maquina em função da corrente excitação dessa máquina ou ção da corrente excitação dessa máquina ou seja corrente na bobina de campo.seja corrente na bobina de campo.
Iniciando-se com a m
Iniciando-se com a máquina totalmente desmagnetizada a curvaáquina totalmente desmagnetizada a curva de magnetizade magnetização sai da origemção sai da origem ((ÖÖm = 0 ; Iex = 0) .m = 0 ; Iex = 0) .
Predomina no trecho inicial a relut
Predomina no trecho inicial a relutância ância do entreferro do entreferro sendo portanto sendo portanto esse trecho razoavelmenesse trecho razoavelmentete linear, a medida que o
linear, a medida que o fluxo aumenta faz-se sentir a presenfluxo aumenta faz-se sentir a presença dos materiais ferromagnéticos iniciandoça dos materiais ferromagnéticos iniciando-se-se a satura
a saturação pelos dentes da ação pelos dentes da armadura e extremidades das peças polares, a curva de rmadura e extremidades das peças polares, a curva de magnetização afastamagnetização afasta --se da inclina
se da inclinação inicial caminhando para a saturação . ção inicial caminhando para a saturação . Quando se reduz a corrente de excitação Quando se reduz a corrente de excitação observaobserva --se o fen
se o fenômeno da histerese, o retorno sendo feito por ômeno da histerese, o retorno sendo feito por uma curva ligeiramente deslocada da anterior,uma curva ligeiramente deslocada da anterior, conforme mostra a figura; na aus
conforme mostra a figura; na ausência de corrente de excitação existe, portanto ,um ência de corrente de excitação existe, portanto ,um pequeno fluxopequeno fluxo remanente ou residual que
CLASSIFICA
CLASSIFICAÇÃO DOS GERADORES DE CORRENTE CONTÍNUAÇÃO DOS GERADORES DE CORRENTE CONTÍNUA A)
A) Independentemente excitadosIndependentemente excitados B)
B) Auto excitadosAuto excitados
B1- Gerador Shunt B1- Gerador Shunt B2- Gerador Serie B2- Gerador Serie
B3- Gerador Composto ou Compoud B3- Gerador Composto ou Compoud
CURVA CARACTER
CURVA CARACTERÍSTICA DE MAGNETÍSTICA DE MAGNETIZAIZAÇÃO OU VAZIOÇÃO OU VAZIO
É a representação gráfica entre a
É a representação gráfica entre a F.E.M. induzida (Eg) da maquina em função da corrente deF.E.M. induzida (Eg) da maquina em função da corrente de
excita
excitação nas bobinas de campo ção nas bobinas de campo (Iex) mantido a rotação (N) constante.(Iex) mantido a rotação (N) constante.
É semelhante a curva de
É semelhante a curva de magnetização pois:magnetização pois:
Eg = K
Eg = KÖÖ NN sendosendo NN ctecte
maquina maquina da da cte cte K K Eg Eg ÖÖ Eo = Tens
Eo = Tensão residual na maquinaão residual na maquina Eo
E1 = K E1 = KÖÖ1N1 (1)1N1 (1) E2 = K E2 = K ÖÖ2N2 (2)2N2 (2) p/ Iex1 = Iex2 p/ Iex1 = Iex2 ÖÖ1 =1 = ÖÖ22 )) 2 2 (( )) 1 1 (( 2 2 1 1 2 2 1 1 N N N N E E E E E E NN
CURVA CARACTERISTICA EXTERNA (CARGA) CURVA CARACTERISTICA EXTERNA (CARGA)
É a representação gráfica da tensão de saída da maquina
É a representação gráfica da tensão de saída da maquina em funem função da corrente de excitaçãoção da corrente de excitação constante.
constante.
CURVA CARACTERISTICA DE REGULA CURVA CARACTERISTICA DE REGULAÇÃOÇÃO
É a representação gráfica da c
É a representação gráfica da corrente de excitação em função da corrente de carga, orrente de excitação em função da corrente de carga, mantidosmantidos
constantes a tens
constantes a tensão (V) e a rotação (N).ão (V) e a rotação (N).
Exemplo: Exemplo:
Um gerador independentemente excitado tem caracter
Um gerador independentemente excitado tem característica em vazio para 1200rpm dada pelaística em vazio para 1200rpm dada pela tabela abaixo. A resist
tabela abaixo. A resistência da armadência da armadura vale 0,5ura vale 0,5ÙÙ.. Pede-se:Pede-se: a) Construir a caracter
a) Construir a característica de vazioística de vazio b) A corrente de excita
b) A corrente de excitação necessária para forneção necessária para fornecer a uma carga 40 A sob cer a uma carga 40 A sob tensão de 220 V ,tensão de 220 V , admitindo-se uma queda de tens
c) A corrente de excita
c) A corrente de excitação necessária para fornecer a uma cção necessária para fornecer a uma carga 40 A sob tensão arga 40 A sob tensão de 220 V,de 220 V, admitindo-se uma queda de tens
admitindo-se uma queda de tensão nas escovas constante e igual a 5V e uma rotação de 2000 rpm .ão nas escovas constante e igual a 5V e uma rotação de 2000 rpm .
E(V) E(V) 15 15 57 57 95 95 135 135 167 167 195 195 218 218 237 237 248 248 254 254 256256 Iex(A) Iex(A) 0 0 0,25 0,25 0,5 0,5 0,75 0,75 1 1 1,25 1,25 1,5 1,5 1,75 1,75 2 2 2,25 2,25 2,52,5 A) A) B) B) C) C) Exemplo:
Exemplo: Um geradUm gerador com or com excitaexcitação independente tem a característica de tensão ção independente tem a característica de tensão sem carga desem carga de 125V, com uma corrente de campo de
125V, com uma corrente de campo de 2,1A.Quando gira na velocidade de 1600rpm.Supondo que est2,1A.Quando gira na velocidade de 1600rpm.Supondo que estáá operando na por
operando na porção reta de sua curva de saturação, calcule:ção reta de sua curva de saturação, calcule: a) A tens
a) A tensão gerada quando a corrente é aumentada para 2,6 A.ão gerada quando a corrente é aumentada para 2,6 A. b) A tens
b) A tensão gerada quando a velocidade é reduzida para 1450rpm e ão gerada quando a velocidade é reduzida para 1450rpm e a corrente de campo éa corrente de campo é aumentada para 2,8 A. aumentada para 2,8 A. cte cte N N cte cte K K Sendo Sendo
E varia proporcionalmente ao fluxo, como o
2 2 1 1 2 2 1 1 Iex Iex Iex Iex E E E E Iex Iex E E V V E E E E V V E E E E B B V V E E E E A A 04 04 ,, 151 151 8 8 ,, 2 2 1 1 ,, 2 2 28 28 ,, 113 113 28 28 ,, 113 113 2 2 1450 1450 1600 1600 2 2 125 125 )) 76 76 ,, 154 154 2 2 6 6 ,, 2 2 1 1 ,, 2 2 2 2 125 125 )) A exist
A existência de maquinas autoência de maquinas auto excitadas deve-se fundamentalmente a dois fatores:excitadas deve-se fundamentalmente a dois fatores: 1) A presen
1) A presença de remanência magnética na maquinça de remanência magnética na maquina. A remana. A remanência magnética produz umência magnética produz um pequeno fluxo residual, a m
pequeno fluxo residual, a máquina estando em rotação, esse fluxo residual produzira uma peáquina estando em rotação, esse fluxo residual produzira uma pequenaquena F.E.M. induzida no enrolamento da armadura, essa F.E.M induzida e que serve para
F.E.M. induzida no enrolamento da armadura, essa F.E.M induzida e que serve para dar o inicio aodar o inicio ao escorvamento da maquina.
escorvamento da maquina. 2) A n
2) A não linearidade do circuito magnético da ão linearidade do circuito magnético da maquina. Essa não linearidade faz com que amaquina. Essa não linearidade faz com que a tens
tensão desenvolvida, a medida que a máquina escorva ,atião desenvolvida, a medida que a máquina escorva ,atinja um ponto de equilíbrio .nja um ponto de equilíbrio .
ESCORVAMENTO ESCORVAMENTO A passagem da tens
A passagem da tensão induzida na máquina do valor correspondente aão induzida na máquina do valor correspondente ao produzido pelo fluxo residual ato produzido pelo fluxo residual atéé a tens
a tensão de regime chamaão de regime chama-se escorvamento do gerador.-se escorvamento do gerador. Al
Além das condições já existentes para que a máquina escorve, deverá ser satisfeita ainda outraém das condições já existentes para que a máquina escorve, deverá ser satisfeita ainda outra condi
condição como se descreve a seguir.ção como se descreve a seguir. A tens
A tensão residual induzida na máquinão residual induzida na máquinaaé aplicada a bobina de caé aplicada a bobina de campo da máquina (máquinampo da máquina (máquina shunt). Haver
shunt). Haverá então passagem de uma á então passagem de uma pequena corrente de excitação ocorrendo duas possibilidades:pequena corrente de excitação ocorrendo duas possibilidades: essa pequena corrente de excita
essa pequena corrente de excitação produz um campo de indução que reforça o flção produz um campo de indução que reforça o fluxo residual ou queuxo residual ou que enfraquece o fluxo
enfraquece o fluxo residual.residual.
No primeiro caso,quando h
No primeiro caso,quando há reforço do fluxo residual a á reforço do fluxo residual a máquina ou gerador escorva ,no segundomáquina ou gerador escorva ,no segundo caso isso n
Deve-se observar que o sentido da corrente no enrolamento de campo de
Deve-se observar que o sentido da corrente no enrolamento de campo de modo a produzirmodo a produzir refor
reforço, depende do sentido desseço, depende do sentido desse enrolamento e da polaridade da tensenrolamento e da polaridade da tensão residual induzida, ou seja, doão residual induzida, ou seja, do sentido de rota
sentido de rotação do rotor.ção do rotor.
Vide as figuras Vide as figuras
N
N ÃO ÃO ESCESCORVORVAA
PODE ESCORVAR PODE ESCORVAR
N
N ÃO ÃO ESCESCORORVAVA
PODE ESCORVAR PODE ESCORVAR --+ + N N S S Bex Bex BrBr Residual Residual Br Br Bex Bex S S N N + + --+ + N N S S Bex Bex BrBr Br Br Bex Bex S S N N + +
--Diagrama esquem Diagrama esquemáticoático
Ra = Resist
Ra = Resistência da armência da armadura (Rw +Rc + Ri )adura (Rw +Rc + Ri ) Ia
Ia = = Corrente Corrente na na armaduraarmadura Iex
Iex = Cor= Corrente de rente de campocampo IL
IL = = Corrente Corrente de de cargacarga Va
Va = = TensTensão nos terminais da armaduraão nos terminais da armadura Vf
Vf = = TensTensão através do circuito de campoão através do circuito de campo Vl
Vl = = TensTensão através da cargaão através da carga Vesc = Queda de tens
Introdu
Introdução Teoricação Teorica
Quando a excita
Quando a excitação é produzida por um enrolamento de campo conecctado através ção é produzida por um enrolamento de campo conecctado através de toda ade toda a tens
tensão de linha produzida entre as eão de linha produzida entre as escovas da armadura, o gerador c.c. é chamado gerador shunt.scovas da armadura, o gerador c.c. é chamado gerador shunt. O rotor da armadura
O rotor da armadura é representadé representado por uma o por uma fonte de Ffonte de F.E.M. .E.M. (Eg), uma r(Eg), uma resistesistência Rw, doência Rw, do enrolamento da armadura, uma resist
enrolamento da armadura, uma resistência Rb das escovas. Todo o circuito da armadura consiste: daência Rb das escovas. Todo o circuito da armadura consiste: da armadura (contida no ret
armadura (contida no retângulo) e dois enrolamentos opcionais o enrolamento de ângulo) e dois enrolamentos opcionais o enrolamento de compensação Rc e ocompensação Rc e o enrolamento dos interpolos Ri, localizados no estator. Assim a por
enrolamento dos interpolos Ri, localizados no estator. Assim a porção do circuito da armadura que gira éção do circuito da armadura que gira é vista dentro do ret
vista dentro do retângulo e a porção fixa do ângulo e a porção fixa do circuito da armadura esta fora do retângulo fixada acircuito da armadura esta fora do retângulo fixada ao estator.o estator. Para simplifica
Para simplificação, todas as resistências sérieção, todas as resistências séries no circuito da armadura ests no circuito da armadura estão adicionadas eão adicionadas e englobadas numa
englobadas numa única resistência Ra, chamada de única resistência Ra, chamada de resistência da armadura.resistência da armadura. O circuito de campo esta em
O circuito de campo esta em paralelo com o circuito da armadura e paralelo com o circuito da armadura e consiste de um enrolamentoconsiste de um enrolamento de campo shunt executado sobre os n
Exemplo: Um gerador shunt de 25 kW, 250
Exemplo: Um gerador shunt de 25 kW, 250 v, tem uma resistencia total de campo v, tem uma resistencia total de campo de 50de 50ΩΩe umae uma
resist
resistência de armadura de 0,05ência de armadura de 0,05ΩΩ. A queda de tensão nas escovas é constante e igual a 5 v. Calc. A queda de tensão nas escovas é constante e igual a 5 v. Calcule:ule:
A) corrente de plena A) corrente de plena B) corrente de campo B) corrente de campo C) corrente da armadura C) corrente da armadura D) tens
Exemplo: Um gerador shunt cujos dados conhecidos s
Exemplo: Um gerador shunt cujos dados conhecidos são: Tensão = 110 v, Potência =75KW; correnteão: Tensão = 110 v, Potência =75KW; corrente do reostato de campo =2,75 A. A
do reostato de campo =2,75 A. A resistresistência da armadura vale 0,075 ohms.ência da armadura vale 0,075 ohms. Pede-se:Pede-se: A) A corrente de plena carga
A) A corrente de plena carga B) A resist
B) A resistência total do circuito de campoência total do circuito de campo C) A corrente da armadura
C) A corrente da armadura D) A tens
D) A tensão gerada na situação de plena cargaão gerada na situação de plena carga
V V x x RaxIa RaxIa Va Va Eg Eg D D A A If If Il Il Ia Ia C C If If Vf Vf Rtotal Rtotal B B A A V V P P Il Il A A 34 34 ,, 161 161 57 57 ,, 684 684 075 075 ,, 0 0 110 110 )) 57 57 ,, 684 684 75 75 ,, 2 2 82 82 ,, 681 681 )) 40 40 75 75 ,, 2 2 110 110 )) 82 82 ,, 681 681 110 110 75000 75000 ))
Diagrama Esquem Diagrama Esquemáticoático
Introdu
Introdução: Quando a excitação é ção: Quando a excitação é produzida por um enrolamento de campo ligado em série com produzida por um enrolamento de campo ligado em série com aa armadura, de modo que o fluxo produzido
armadura, de modo que o fluxo produzido é função da corrente da armadura e é função da corrente da armadura e da carga, o gerador c.c. éda carga, o gerador c.c. é chamado gerador s
chamado gerador série. O campo série é excitado apenas quando a carga é ligada completanérie. O campo série é excitado apenas quando a carga é ligada completando o circuito.do o circuito. Como o enrolamento deve suportar toda a corrente da
Como o enrolamento deve suportar toda a corrente da armadura,armadura,é constituído com poucas espiras de fioé constituído com poucas espiras de fio grosso.
grosso.
Como no caso precedente o enrolamento de compensa
Como no caso precedente o enrolamento de compensação (Rc), localizado sobre os pólos, e oção (Rc), localizado sobre os pólos, e o enrolamento interpolar (Ri), est
enrolamento interpolar (Ri), estão incluíão incluídos em serie com o enrolamento da ados em serie com o enrolamento da armadura (Ra), girante quermadura (Ra), girante que produz uma for
produz uma força eletromotriz (Eg).No circuito equivalente (sob carga) de ça eletromotriz (Eg).No circuito equivalente (sob carga) de um gerador série, notaum gerador série, nota -se que-se que a corrente no enrolamento do campo serie (Is)
a corrente no enrolamento do campo serie (Is) é controlada por um resistor em paralelo de aé controlada por um resistor em paralelo de a juste (Rd) juste (Rd) que provid
que providência um ajuste de ência um ajuste de excitação do campo série, da mesma mexcitação do campo série, da mesma maneira que o reostato num gerador aneira que o reostato num gerador shunt.
Exemplo: Exemplo:
Um gerador c.c.
Um gerador c.c. 10 KW, 250V 10 KW, 250V tem tem uma queda de uma queda de tenstensão nas escovas de 2V,ão nas escovas de 2V,uma resistuma resistência do circuitoência do circuito da armadura de 0,1
da armadura de 0,1ΩΩ,e uma resistência do campo série de 0,05,e uma resistência do campo série de 0,05ΩΩ.Quando entrega uma corrente nominal,.Quando entrega uma corrente nominal,
calcule: calcule: A)
A) A corrente da armaduraA corrente da armadura B)
B) A tensA tensão gerada na armaduraão gerada na armadura
V V Eg Eg x x Eg Eg V V x x Vb Vb RsxIs RsxIs Vb Vb V V Vb Vb Vl Vl Va Va Vecs Vecs RaxIa RaxIa Va Va Eg Eg B B A A Vl Vl P P Il Il Ia Ia A A 258 258 2 2 40 40 1 1 ,, 0 0 252 252 2 2 40 40 05 05 ,, 0 0 252 252 2 2 250 250 )) 40 40 250 250 10000 10000 ))
GERADOR COMPOSTO ( COMPOUND ) GERADOR COMPOSTO ( COMPOUND )
Quando a Excita
Quando a Excitação de campo é produzida por uma ção de campo é produzida por uma combinação dos dois tipos de enrolamentos jácombinação dos dois tipos de enrolamentos já estudados, enrolamento de campo s
estudados, enrolamento de campo série excitado pela corrente da armadérie excitado pela corrente da armadura ou corrente de linha e oura ou corrente de linha e o enrolamento de campo shunt excitado pela tens
A) A)
B) B)
Diferen
Diferença entre os dois tipos de conexão:ça entre os dois tipos de conexão: Shunt-longa
Shunt-longa→→Ia excita o campo sérieIa excita o campo série
Shunt-curta
Shunt-curta →→Il excita o campo sérieIl excita o campo série
Qualquer que seja a forma de
Qualquer que seja a forma de ligaligação (longa ou curta) a tensão nos terminais do gerador será:ção (longa ou curta) a tensão nos terminais do gerador será: V = Eg
V = Eg - (RsxIs+- (RsxIs+RaxIa) RaxIa) ( V )( V ) Os geradores compostos ainda podem ser:
Os geradores compostos ainda podem ser: 1)
1) CumulativosCumulativos
Quando a Fmm do campo s
2)
2) DiferenciaisDiferenciais
Quando a Fmm do campo s
Quando a Fmm do campo série se opõe a Fmm do campo shunt.érie se opõe a Fmm do campo shunt. Caracter
Características do Gerador Composto Císticas do Gerador Composto Cumulativoumulativo Os geradores compostos cumulativos podem ser: Os geradores compostos cumulativos podem ser:
1)
1) Hiper-Compound Hiper-Compound (Hiper (Hiper composto)composto) 2)
2) Flat-Compound Flat-Compound (Composto (Composto normal)normal) 3)
3) Hipo-Compund Hipo-Compund (Hipo (Hipo composto)composto) Hiper Composto:
Hiper Composto: Quando a tens
Quando a tensão nos terminais aumenta com a aplicação de carga, ou seja, a tensão a plena carga é maior ão nos terminais aumenta com a aplicação de carga, ou seja, a tensão a plena carga é maior que a tens
que a tensão de vazio.ão de vazio. Composto Normal: Composto Normal: Quando a tens
Quando a tensão a plena carga é ão a plena carga é igual à tensão de vazio.igual à tensão de vazio. Hipo Composto:
Hipo Composto: Quando a tens
Exemplo: Exemplo:
Um gerador composto ligado shunt
Um gerador composto ligado shunt – – longa, 100KW, 500V, possui uma resistlonga, 100KW, 500V, possui uma resistência da armadura deência da armadura de 0,03
0,03ΩΩ, um, uma resista resistência total do campo shunt de ência total do campo shunt de 125125ΩΩ ,resistência do campo série de 0,01,resistência do campo série de 0,01ΩΩ. A. A
resist
resistência de ajuste suporta 54. Calcule:ência de ajuste suporta 54. Calcule: A)
A) O valor da resistO valor da resistência de ajuste para carga nominalência de ajuste para carga nominal B)
B) A tensA tensão gerada a plena carga.ão gerada a plena carga.
V V x x x x Eg Eg RsxIs RsxIs RaxIa RaxIa Vl Vl RaxIa RaxIa Va Va Eg Eg b b Rd Rd x x Id Id IsxRs IsxRs Rd Rd IsxRs IsxRs IdxRd IdxRd Rd Rd Rs Rs A A Id Id Ia Ia Is Is A A Iex Iex Il Il Ia Ia A A Rt Rt Vf Vf Iex Iex A A Vl Vl P P Il Il a a 507 507 01 01 ,, 0 0 150 150 204 204 03 03 ,, 0 0 500 500 )) 0278 0278 ,, 0 0 54 54 01 01 ,, 0 0 150 150 // // 150 150 54 54 204 204 204 204 4 4 200 200 4 4 125 125 500 500 200 200 500 500 100000 100000 ))
Exerc Exercíciosícios
1) Os dados obtidos no ensaio de um
1) Os dados obtidos no ensaio de um gerador de 25kw, 120v, com excitagerador de 25kw, 120v, com excitação indção independente e ependente e girando girando aa uma velocidade constante de 900rpm
uma velocidade constante de 900rpmé mostrado na tabela abaixo:é mostrado na tabela abaixo: V(v) V(v) 4 4 40 40 60 60 80 80 100 100 120 120 140140 Iex(A) 0 0,67 1,03 1,5 2,07 2,94 4,35 Iex(A) 0 0,67 1,03 1,5 2,07 2,94 4,35 Pede-se: Pede-se: a)
a) Se a voltagem de excitaSe a voltagem de excitação do gerador é constante e igual a 120v, qual deverá ser a resistência doção do gerador é constante e igual a 120v, qual deverá ser a resistência do circuito de excita
circuito de excitação para que as voltagens geradas ção para que as voltagens geradas possam ser 40v e 120v, sendo a possam ser 40v e 120v, sendo a velocidadevelocidade 900rpm.
900rpm. b)
b) Se as bobinas de excitaSe as bobinas de excitação tem umção tem uma resista resistência de 33ência de 33ΩΩ, especificar o reostato que proporcione, especificar o reostato que proporcione
um intervalo de voltagem entre 40 e um intervalo de voltagem entre 40 e 120v.120v. c)
c) Se a resistSe a resistência do circuito de excitação se mantém constante em 41ência do circuito de excitação se mantém constante em 41ΩΩ, qual é a corrente de, qual é a corrente de
excita
excitação se a voltagem de ção se a voltagem de excitação é 120v,e qual é a excitação é 120v,e qual é a voltagevoltagem gerada quando a velocidade form gerada quando a velocidade for 700rpm e 1100rpm.
700rpm e 1100rpm.
2) Um gerador shunt de 250v, 55kw, tem
2) Um gerador shunt de 250v, 55kw, tem uma resistuma resistência total no ência total no circuito de ccircuito de campo ampo dede 62,5
62,5ΩΩ, uma queda de tensão nas escovas constante e, uma queda de tensão nas escovas constante e igual a 3v e uma igual a 3v e uma resistresistência deência de armadura dearmadura de 0,025
0,025ΩΩ. Calcule:. Calcule:
a) Para situa
a) Para situação de plena cargação de plena carga b) As correntes de carga, campo e
b) As correntes de carga, campo e armaduraarmadura c) O rendimento el
c) O rendimento elétricoétrico d) Idem para uma situa
d) Idem para uma situação de 80% da plena ção de 80% da plena cargacarga
3) Um gerador com excita
3) Um gerador com excitação independente tem a característica de ção independente tem a característica de magnetização dada pela tabelamagnetização dada pela tabela abaixo. Pede-se:
abaixo. Pede-se:
a) A corrente de excita
a) A corrente de excitação necessária para gerar 160v na maquina a ção necessária para gerar 160v na maquina a 1200rpm.1200rpm. b) Para a corrente de excita
b) Para a corrente de excitação do item A, e ção do item A, e uma velocidade de 1500rpm, qual a tensão uma velocidade de 1500rpm, qual a tensão gerada nagerada na maquina.
maquina.
c) A corrente de excita
c) A corrente de excitação necessária para alimentar uma carga com 2ção necessária para alimentar uma carga com 20A sob tens0A sob tensão de 140V eão de 140V e velocidade de 1200rpm.Admitir
velocidade de 1200rpm.Admitir∆∆Vesc = 5V e Ra = Vesc = 5V e Ra = 0,50,5ΩΩ. . Para Para N =1N =1200rpm.200rpm.
Eg(v)
Eg(v) 16 16 40 40 80 80 120 120 160 160 200 200 240240 Iesc(A)
4) Um gerador
4) Um gerador paralelo de 500paralelo de 500volts, 100kw, alimvolts, 100kw, alimenta uma cargenta uma carga com 80% da com 80% da corrente a corrente nominal.Anominal.A resist
resistência do circuito da armadura é ência do circuito da armadura é de 0,02ohms, a resistência da bobina de campo sde 0,02ohms, a resistência da bobina de campo shunt vale 80ohms ehunt vale 80ohms e possui 800 espiras, a corrente de campo shunt
possui 800 espiras, a corrente de campo shunt é igual a 4A, a queda de tensão nas escovas é constante eé igual a 4A, a queda de tensão nas escovas é constante e igual a 5V. Pede-se:
igual a 5V. Pede-se: a) A for
a) A força Magnetomotriz do campo e armadura.ça Magnetomotriz do campo e armadura. b) As correntes de carga, campo e
b) As correntes de carga, campo e armadura.armadura. c) A resist
c) A resistência do reostato de campoência do reostato de campo d) O rendimento el
d) O rendimento elétrico do gerador.étrico do gerador.
5) Um gerador s
5) Um gerador série de 200v , 25kw ,érie de 200v , 25kw ,possui uma resistência no circuito de apossui uma resistência no circuito de armadura de 0,05rmadura de 0,05ΩΩ..A bobinaA bobina de campo s
de campo série produz uma Fmm igual aérie produz uma Fmm igual a 500 A.e e possui 5 espiras, a resist500 A.e e possui 5 espiras, a resistência da bobinaência da bobina vale 0,1vale 0,1ΩΩ,,
a queda de tens
a queda de tensão nas escovas é constante e igual a 3,75v.Pedeão nas escovas é constante e igual a 3,75v.Pede-se:-se: a) O valor da resist
a) O valor da resistência de drenagem.ência de drenagem. b) O rendimento el
b) O rendimento elétrico do gerador.étrico do gerador.
6) Um gerador shunt de 30kw, 250v, produz uma tens
6) Um gerador shunt de 30kw, 250v, produz uma tensão na armadura de 265V a ão na armadura de 265V a fim de desenvolver afim de desenvolver a sa
saída nominal quando a excitação de campo é ída nominal quando a excitação de campo é 1,5.1,5. a) A resist
a) A resistência do circuito da armadura. (Desprezar a ência do circuito da armadura. (Desprezar a queda de tensão no contato das equeda de tensão no contato das escovas)scovas) b) Se a bobinas de excita
b) Se a bobinas de excitação tem uma resistência de 90ção tem uma resistência de 90ΩΩ, qual a potência dissipada pelo reostato de, qual a potência dissipada pelo reostato de
campo. campo.
7) Um Gerador com excita
7) Um Gerador com excitação independente tem uma característica de 125V ção independente tem uma característica de 125V (sem carga), com uma(sem carga), com uma corrente de campo de 2,1 A,
corrente de campo de 2,1 A, quando gira na velocidade de 1.600 RPM.quando gira na velocidade de 1.600 RPM. Supondo que est
Supondo que está operando na porção reta de sua á operando na porção reta de sua curva de magnetização, calcule:curva de magnetização, calcule: a) A tens
a) A tensão gerada quando a corrente de campo é ão gerada quando a corrente de campo é aumentada para 2,6A.aumentada para 2,6A. b) A tens
b) A tensão gerada quando a velocidade é reduzida ão gerada quando a velocidade é reduzida para 1450RPM e apara 1450RPM e a corrente de campocorrente de campoé aumentadaé aumentada para 2,8A.
para 2,8A. c) A tens
c) A tensão gerada quando a velocidade é aumentada ão gerada quando a velocidade é aumentada para 1800 RPM e a cpara 1800 RPM e a corrente de campo é reduzidaorrente de campo é reduzida p/ 1,9A.
p/ 1,9A.
8) Com refer
8) Com referência a curva de ência a curva de magnetização, explique:magnetização, explique: a) Por que a curva n
a) Por que a curva não começa na origem.ão começa na origem. b) Sob que circunst
b) Sob que circunstâncias ela pode começar na âncias ela pode começar na origem.origem. c) Por que esta curva
c) Por que esta curva é não linear para valores extremamente baixos é não linear para valores extremamente baixos de tensão.de tensão. d) Por que esta curva
d) Por que esta curva é não linear para valores extremamente altos é não linear para valores extremamente altos de tensão.de tensão. e) Por que esta curva
e) Por que esta curva é linear para valores modé linear para valores moderados de tenserados de tensão.ão. f) Por que os valores decrescentes de corrente de ca
f) Por que os valores decrescentes de corrente de ca mpo produzem tensmpo produzem tensões com valores mais elevadosões com valores mais elevados do que os valores crescentes de corrente de campo.
do que os valores crescentes de corrente de campo.
9) Um gerador s
9) Um gerador série C.C., 10KW, 250V, tem queda de tensão nas escovas de 2V, uma resiérie C.C., 10KW, 250V, tem queda de tensão nas escovas de 2V, uma resiststência doência do circuito da armadura de 0,1
circuito da armadura de 0,1ÙÙe uma resistência de campo série de 0,05e uma resistência de campo série de 0,05 ÙÙ. Quando entrega a corrente. Quando entrega a corrente
nominal, calcule: nominal, calcule:
a) A corrente da armadura. a) A corrente da armadura. b) A tens
b) A tensão gerada na armadura.ão gerada na armadura. c) A pot
10) Um gerador shunt, 30KW, 250V, produz uma tens
10) Um gerador shunt, 30KW, 250V, produz uma tensão na armadura de 265V a ão na armadura de 265V a fim de desenvolver afim de desenvolver a sa
saída nominal quando a excitação de campo é ída nominal quando a excitação de campo é de 1,5A. Calcule:de 1,5A. Calcule: a) A resist
a) A resistência do circuito de campo para ência do circuito de campo para produzir a tensão terminal nominal.produzir a tensão terminal nominal. b) A resist
b) A resistência do circuito da armadura (dência do circuito da armadura (desprezar a queda de tensesprezar a queda de tensão no contato das escovas).ão no contato das escovas). c) Se as bobinas de excita
c) Se as bobinas de excitação tem uma resistência de 90ção tem uma resistência de 90 ÙÙ, qual a potência dis, qual a potência dissipada pelo reostato desipada pelo reostato de
campo. campo.
