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Material de aula-Geração de Energia Elétrica

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Academic year: 2021

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(1)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

Campo Magn

Campo Magn

é

é

tico

tico

:

:

.

(2)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

Campo Magn

Campo Magn

é

é

tico x Campo El

tico x Campo El

é

é

trico

trico

:

:

.

(3)

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

Campo MagnCampo Magnéético tico ::

Em el

Em eléétrica cada carga cria em torno de si um campo trica cada carga cria em torno de si um campo el

eléétrico, de modo antrico, de modo anáálogo o imã cria um campo logo o imã cria um campo magn

magnéético, portico, poréém num imã não existe um monom num imã não existe um mono--ppóólo, os lo, os p

póólos magnlos magnééticos sempre se apresentam como dipticos sempre se apresentam como dipóólos. los. Para representarmos o

Para representarmos o Campo MagnCampo Magnééticotico usaremos o usaremos o s

síímbolo βmbolo β ::A unidade no SI da βA unidade no SI da β éé o o tesla (T)tesla (T)

Gera

(4)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

Vetor Campo Magn

Vetor Campo Magn

ético

é

tico

β

β

:

:

.

.

Linhas de Linhas de campo

campo BB sempre sempre formam la

formam laçços os fechados

(5)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

Campo Magn

Campo Magn

é

é

tico

tico

:

:

– Podemos gerar um campo magnPodemos gerar um campo magnéético uniforme com o imã abaixo:tico uniforme com o imã abaixo:

.

.

(6)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magnCircuitos magnééticos:ticos:

Fluxo magnFluxo magnééticotico::

. Para analisar mais detalhadamente o fenômeno da

. Para analisar mais detalhadamente o fenômeno da

indu

induçção magnão magnéética, Faraday lantica, Faraday lanççou mão de um ou mão de um conceito que ele mesmo havia criado: o de

conceito que ele mesmo havia criado: o de

linhas de

linhas de

for

for

ç

ç

a

a

, que hoje conhecemos por, que hoje conhecemos por

linhas de campo

linhas de campo

.. Embora o n

Embora o núúmero de linhas de campo seja mero de linhas de campo seja

obviamente infinito, ele convencionou que, para

obviamente infinito, ele convencionou que, para

representar um campo magn

representar um campo magnéético, a densidade das tico, a densidade das linhas seria proporcional

(7)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magnCircuitos magnééticos:ticos:

Fluxo magnFluxo magnééticotico:: O c

O cáálculo dessa densidade das linhas baseialculo dessa densidade das linhas baseia--se na se na verifica

verificaçção de quantas linhas existem para cada ão de quantas linhas existem para cada metro quadrado de determinada superf

metro quadrado de determinada superfíície plana cie plana perpendicular a essas linhas, como mostra a figura

perpendicular a essas linhas, como mostra a figura

abaixo.

abaixo.

. Linhas de campo magn

. Linhas de campo magnéético tico atravessando uma superf

atravessando uma superfíície cie plana

(8)

Fluxo magnFluxo magnééticotico::

A figura representa uma superf

A figura representa uma superfíície plana imersa num campo cie plana imersa num campo magn

magnéético. Nela observamos que três linhas de indutico. Nela observamos que três linhas de induçção ão atravessam a superf

atravessam a superfíície e outras quatro não, dessa forma cie e outras quatro não, dessa forma dizemos que h

dizemos que háá umum fluxo magnéfluxo magnéticotico atravéatravés dessa superfs dessa superfíície.cie.

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Onde:

Onde:

Ǿ

Ǿ–– fluxo magnfluxo magnééticotico

β

β –– campo magncampo magnééticotico

A

(9)

Fluxo magnFluxo magnééticotico::

Esse fluxo

Esse fluxo éé tanto maior quanto mais linhas de induçtanto maior quanto mais linhas de indução estiverem ão estiverem atravessando a superf

atravessando a superfíície.cie. Para tanto, podemos:

Para tanto, podemos: –

– aumentar a intensidadeaumentar a intensidade ββ do campo de indudo campo de induçção magnão magnéética, o tica, o que condiz com uma diminui

que condiz com uma diminuiçção do espaão do espaçço entre as linhas de o entre as linhas de indu

induçção, ou seja, estando mais prão, ou seja, estando mais próóximas entre si, maior o ximas entre si, maior o n

núúmero de linhas que atravessam a superfmero de linhas que atravessam a superfíície;cie; –

– aumentar a áaumentar a árearea AA da superfída superfície, o que aumenta o ncie, o que aumenta o núúmero de mero de linhas de indu

linhas de induçção que a atravessam;ão que a atravessam; –

– girar a superfígirar a superfície, variando o ângulocie, variando o ângulo θθ entre o vetorentre o vetor e um e um vetor

vetor (sempre perpendicular à(sempre perpendicular à superfísuperfície) que serve como cie) que serve como orientador da posi

orientador da posiçção dela em relaão dela em relaçção ao vetorão ao vetor ..

Gera

(10)

Fluxo magnFluxo magnééticotico

Sua unidade no SI

Sua unidade no SI éé o weber (o weber (WbWb).).

1 Wb = 1 T

1 Wb = 1 T ·· 1 m1 m22 e, dessa forma, temose, dessa forma, temos 1T = 1Wb/m1T = 1Wb/m22 e isto e isto

significa que o campo de indu

significa que o campo de induçção magnão magnéética pode ser medido tica pode ser medido tamb

tambéém emm em weber por metro quadrado.weber por metro quadrado.

Para um campo magn

Para um campo magnéético uniforme e uma superftico uniforme e uma superfíície de cie de áárea rea constante, vamos estudar dois casos extremos, decorrentes da constante, vamos estudar dois casos extremos, decorrentes da varia

variaçção do ânguloão do ângulo θθ ..

1

1oo caso:caso: Fluxo magnéFluxo magnético nulotico nulo

Quando o ângulo

Quando o ângulo qq for igual a 90°for igual a 90°, temos:, temos:

Ǿ

Ǿ = B ·= B · A A ·· cos 90°cos 90° e, como cos 90°e, como cos 90° = 0, então o fluxo é= 0, então o fluxo é nulonulo..

Gera

(11)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

O gauss, simbolizado com a letra G,

O gauss, simbolizado com a letra G, éé a unidade cgs de a unidade cgs de densidade de fluxo magn

densidade de fluxo magnéético ou indutico ou induçção magnão magnéética (B), tica (B), nomeado em homenagem ao matem

nomeado em homenagem ao matemáático e ftico e fíísico alemão sico alemão Carl Friedrich Gauss. Um gauss

Carl Friedrich Gauss. Um gauss éé definido como um definido como um maxwell por cent

maxwell por centíímetro quadrado.metro quadrado. Por muitos anos at

Por muitos anos atéé 1932 o termo gauss foi utilizado para 1932 o termo gauss foi utilizado para designar a unidade de intensidade de campo magn

designar a unidade de intensidade de campo magnéético tico que

que éé atualmente conhecida como oersted. Esta mudanatualmente conhecida como oersted. Esta mudançça a de terminologia foi introduzida para distinguir entre

de terminologia foi introduzida para distinguir entre

indu

induçção magnão magnéética e a intensidade magntica e a intensidade magnéética como tica como magnitudes f

magnitudes fíísicassicas

A unidade SI de densidade de fluxo magn

A unidade SI de densidade de fluxo magnéético tico éé o tesla. Um o tesla. Um gauss

gauss éé igual a 10igual a 10--4 tesla.4 tesla. 1 T = 10 000 G

1 T = 10 000 G

1 G = 100

(12)

Fluxo MagnFluxo Magnééticotico

2

2oo casocaso:: Fluxo magnFluxo magnéético mtico mááximoximo Quando o ângulo

Quando o ângulo qq for igual a 0for igual a 0°°, temos:, temos:

Ǿ

Ǿ = B = B ·· A A ·· cos 0cos 0°° e, como cos 0e, como cos 0°° = 1= 1, então o fluxo , então o fluxo é

é mmááximoximo..

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Observe na figura abaixo que o n

Observe na figura abaixo que o núúmero de linhas de mero de linhas de indu

(13)

InduInduçção Eletromagnão Eletromagnéética:tica:

Com base no efeito Oersted (1820), em que uma corrente

Com base no efeito Oersted (1820), em que uma corrente

el

eléétrica gera campo de indutrica gera campo de induçção magnão magnéética, alguns ftica, alguns fíísicos sicos do in

do iníício do scio do sééculo XIX comeculo XIX começçaram a pesquisar a aram a pesquisar a

possibilidade de que o inverso ocorresse, ou seja, de que

possibilidade de que o inverso ocorresse, ou seja, de que

um campo magn

um campo magnéético podia ocasionar corrente eltico podia ocasionar corrente eléétrica.trica.

A questão era saber como isso poderia ser feito e foi Faraday

A questão era saber como isso poderia ser feito e foi Faraday

que, em 1831, descobriu como fazê

que, em 1831, descobriu como fazê--lo, ao perceber que o lo, ao perceber que o segredo estava na varia

segredo estava na variaçção do fluxo magnão do fluxo magnéético atravtico atravéés de s de uma superf

uma superfíície condutora.cie condutora.

Vejamos o seguinte experimento realizado com uma espira

Vejamos o seguinte experimento realizado com uma espira

circular que se aproxima de um

circular que se aproxima de um íímã.mã.

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Temos três linhas de

Temos três linhas de

indu

induçção atravessando ão atravessando a espira no instante t1, a espira no instante t1, cinco no instante t2 cinco no instante t2 e e sete no instante t3 sete no instante t3 . .

(14)

InduInduçção Eletromagnão Eletromagnéética:tica:

Verificamos, então, que o n

Verificamos, então, que o núúmero de linhas de mero de linhas de indu

induçção que atravessam a espira estão que atravessam a espira estáá variando com o variando com o tempo, ou seja, est

tempo, ou seja, estáá ocorrendo uma variaocorrendo uma variaçção de fluxo ão de fluxo magn

magnéético com o tempo e tico com o tempo e éé justamente esta variajustamente esta variaçção ão que acarreta o surgimento na espira de uma corrente

que acarreta o surgimento na espira de uma corrente

el

eléétrica denominada corrente induzida.trica denominada corrente induzida.

Gera

(15)

Lei de Faraday da InduLei de Faraday da Induçção Eletromagnão Eletromagnéética:tica:

Essa corrente induzida

Essa corrente induzida éé decorrente de uma fordecorrente de uma forçça eletromotriz induzida na a eletromotriz induzida na espira que pode ser expressa como sendo a rapidez com que aconte

espira que pode ser expressa como sendo a rapidez com que acontece ce essa varia

essa variaçção de fluxo.ão de fluxo.

A lei que descreve essa rapidez de varia

A lei que descreve essa rapidez de variaçção, proposta por Faraday, ão, proposta por Faraday, éé::

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Se verificarmos as unidades dessas grandezas no Sistema

Se verificarmos as unidades dessas grandezas no Sistema

Internacional de Unidades, podemos escrever: Volt =

Internacional de Unidades, podemos escrever: Volt =

Weber/segundo

(16)

Lei de Lenz:Lei de Lenz:

Em 1834, o f

Em 1834, o fíísico russo Heinrich Friedrich Emil Lenz, sico russo Heinrich Friedrich Emil Lenz, baseando

baseando--se em experimentos de Faraday e apse em experimentos de Faraday e apóós tês tê--los los repetido, completou

repetido, completou--os com uma lei que leva o seu nome e os com uma lei que leva o seu nome e que justifica o sinal de menos na expressão da lei de Faraday.

que justifica o sinal de menos na expressão da lei de Faraday.

Lenz percebeu que, ao aproximar a espira do p

Lenz percebeu que, ao aproximar a espira do póólo norte do lo norte do í

ímã, surge na mesma uma corrente elmã, surge na mesma uma corrente eléétrica conttrica contíínua, nua, no

no sentido antisentido anti--horhorááriorio, de modo a gerar um campo , de modo a gerar um campo magn

magnéético cujotico cujo ppóólo nortelo norte estestáá voltado para o pvoltado para o póólo norte do lo norte do í

ímã em forma de barra, como mostra a figura abaixo.mã em forma de barra, como mostra a figura abaixo.

Gera

(17)

Lei de Lenz:Lei de Lenz:

Se agora afastarmos a espira, a corrente el

Se agora afastarmos a espira, a corrente eléétrica trica induzida inverte de sentido, passando a ser

induzida inverte de sentido, passando a ser

no

no sentido horsentido horááriorio, ocasionando um campo , ocasionando um campo magn

magnéético cujotico cujo ppóólo sullo sul agora estagora estáá voltado para o voltado para o p

póólo norte do lo norte do íímã. mã.

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

A corrente el

A corrente eléétrica induzida trica induzida num circuito gera um campo

num circuito gera um campo

magn

magnéético que se opõe tico que se opõe àà varia

variaçção do fluxo magnão do fluxo magnéético tico que induz essa corrente.

(18)

Regras da mão direita:Regras da mão direita:

De acordo com o Experimento de De acordo com o Experimento de Oersted, ao se colocar uma b

Oersted, ao se colocar uma búússola ssola pr

próóxima a um fio percorrido por uma xima a um fio percorrido por uma corrente el

corrente eléétrica, a agulha dessa trica, a agulha dessa b

búússola sofre um desvio. Assim, ssola sofre um desvio. Assim, Oersted concluiu que, a exemplo dos Oersted concluiu que, a exemplo dos imãs, toda corrente el

imãs, toda corrente eléétrica gera, no trica gera, no espa

espaçço ao seu redor, um campo o ao seu redor, um campo magn

magnéético.tico.

A grande pergunta

A grande pergunta é: Qual a direé: Qual a direção e ção e o sentido de desvio dessa agulha? o sentido de desvio dessa agulha? A forma mais f

A forma mais fáácil para se determinar cil para se determinar essa dire

essa direçção e sentido ão e sentido éé a utilizaa utilização da ção da regra da mão direita.

regra da mão direita.

Observe a figura ao lado: Observe a figura ao lado:

Gera

(19)

Lei de Lenz:Lei de Lenz: Exerc

Exercíícios resolvidos:cios resolvidos:

01. Uma espira constitu

01. Uma espira constituíída por da por um fio condutor retangular

um fio condutor retangular éé empurrada perpendicularmente

empurrada perpendicularmente

à

às linhas de indus linhas de induçção magnão magnéética tica de um campo magn

de um campo magnéético unifortico unifor- -me perpendicular

me perpendicular àà folha, atfolha, atéé sair pelo outro lado, como

sair pelo outro lado, como

mostra a figura.

mostra a figura.

Determine o sentido da corrente

Determine o sentido da corrente

induzida na espira em cada uma

induzida na espira em cada uma

das representa

das representaçções I, II e III.ões I, II e III.

Gera

(20)

Lei de Lenz:Lei de Lenz:

Resolu

Resoluççãoão

Situa

Situaçção Ião I O n

O núúmero de linhas de indumero de linhas de induçção que atravessam a espira estão que atravessam a espira estáá aumentando, ou seja, o fluxo est

aumentando, ou seja, o fluxo estáá aumentando.aumentando. Esse aumento do fluxo

Esse aumento do fluxo éé decorrente do aumento da decorrente do aumento da áárea rea hachurada que corresponde

hachurada que corresponde àà áárea A efetivamente atravessada rea A efetivamente atravessada pelas linhas de indu

pelas linhas de induçção.ão.

Para manter o fluxo constante, surge uma corrente induzida,

Para manter o fluxo constante, surge uma corrente induzida,

ocasionando um fluxo no sentido contr

ocasionando um fluxo no sentido contráário ao daquele que estrio ao daquele que estáá aumentado

aumentado

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Assim, o campo induzido

Assim, o campo induzido ββ00 tem que ter tem que ter sentido contr

sentido contráário ao de rio ao de ββ , ou seja, deve , ou seja, deve estar

estar saindosaindo do plano da folha.do plano da folha.

Pela regra da mão direita, verificamos que

Pela regra da mão direita, verificamos que

o sentido da corrente induzida i0

o sentido da corrente induzida i0 éé antianti- -hor

(21)

Lei de Lenz:Lei de Lenz:

Resolu

Resoluççãoão

Situa

Situaçção IIão II Nesta situa

Nesta situaçção, o não, o núúmero de linhas de indumero de linhas de induçção que ão que

atravessam a espira permanece constante, ou seja, o fluxo

atravessam a espira permanece constante, ou seja, o fluxo éé constante e, desse modo, não h

constante e, desse modo, não háá corrente elcorrente eléétrica induzida na trica induzida na espira

espira ( i( i00 = 0 ).= 0 ).

Gera

(22)

Lei de Lenz:Lei de Lenz:

Resolu

Resoluçção:ão:

Situa

Situaçção IIIão III O n

O núúmero de linhas de indumero de linhas de induçção que atravessam a espira estão que atravessam a espira estáá diminuindo, ou seja, o fluxo est

diminuindo, ou seja, o fluxo estáá dimidimi-- nuindo.nuindo. Essa diminui

Essa diminuiçção do fluxo ão do fluxo éé decorrente da diminuidecorrente da diminuiçção da ão da áárea rea hachurada que corresponde

hachurada que corresponde àà áárea A efetivarea A efetiva-- mente mente atravessada pelas linhas de indu

atravessada pelas linhas de induçção.ão.

Para manter o fluxo constante, surge uma corrente induzida,

Para manter o fluxo constante, surge uma corrente induzida,

ocasionando um fluxo no mesmo sentido daquele que est

ocasionando um fluxo no mesmo sentido daquele que estáá diminuindo.

diminuindo.

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Assim, o campo induzido

Assim, o campo induzido tem tem que ter o mesmo sentido de

que ter o mesmo sentido de , , ou seja, deve estar

ou seja, deve estar entrandoentrando no no plano da folha.

plano da folha.

Pela regra da mão direita,

Pela regra da mão direita,

verificamos que o sentido da

verificamos que o sentido da

corrente induzida i

(23)

Lei de Lenz:Lei de Lenz:

02. No exerc

02. No exercíício anterior, sabendocio anterior, sabendo--se que a veloci dade da se que a veloci dade da espira

espira éé de 30 cm/s, que o campo magnde 30 cm/s, que o campo magnéético local tem tico local tem intensidade 1,5 T e que a resistência el

intensidade 1,5 T e que a resistência eléétrica da espira trica da espira éé de 30

de 30 ΩΩ , determine:, determine: a) o fluxo m

a) o fluxo mááximo atravximo atravéés da espira;s da espira; b) a for

b) a forçça eletromotriz induzida na espira quando esta eletromotriz induzida na espira quando estáá saindo saindo do campo magn

do campo magnéético;tico;

c) a intensidade da corrente el

c) a intensidade da corrente eléétrica induzida.trica induzida.

Gera

(24)

Lei de Lenz:Lei de Lenz:

Resolu

Resoluççãoão

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

a) A

a) A áárea da espira rea da espira éé A = 0,15 m A = 0,15 m ·· 0,20 m = 0,03 m0,20 m = 0,03 m22 e, como e, como

o ângulo entre os vetores

o ângulo entre os vetores ηη (perpendicular (perpendicular àà espira) eespira) e ββ éé θθ = = 0

0°°, tem, tem--se:se:

Ǿ Ǿ = B. A. cos= B. A. cos Ǿ Ǿ = 1,5 . 3 . 10= 1,5 . 3 . 10--22 . cos 0. cos 0°° Ǿ Ǿ = 4,5 10= 4,5 10--22 WbWb

(25)

Lei de Lenz:Lei de Lenz:

Resolu

Resoluççãoão

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

b) Sendo a velocidade da espira 30cm/s, ela demora 0,5 s para es

b) Sendo a velocidade da espira 30cm/s, ela demora 0,5 s para estar tar inteiramente fora do campo magn

inteiramente fora do campo magnéé-- tico, ou seja, para o fluxo passar de tico, ou seja, para o fluxo passar de m

mááximo para zero.ximo para zero.

ǾǾ = = ǾǾ final final -- ǾǾ inicialinicial

∆ ∆ ǾǾ = 0= 0-- 4,5 104,5 10--22 = = -- 4,5 104,5 10--22 WbWb E = E = ((-- 4,5 104,5 10--22)) 0,5 0,5 E = 9,0 .10 E = 9,0 .10--22VV

(26)

Lei de Lenz:Lei de Lenz:

Resolu

Resoluççãoão

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

c) Pela lei de Ohm, vem: E = R

c) Pela lei de Ohm, vem: E = R ·· i0i0

i

i00= E/R = 9,0.10= E/R = 9,0.10--22/30/30

i

(27)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

É

É o caminho para o fluxo magno caminho para o fluxo magnéético, assim como um tico, assim como um circuito el

circuito eléétrico estabelece um caminho para a corrente trico estabelece um caminho para a corrente el

eléétrica. Nas mtrica. Nas mááquinas elquinas eléétricas, os condutores tricas, os condutores

percorridos por correntes interagem comos campos

percorridos por correntes interagem comos campos

magn

magnééticos (originados ou por correntes elticos (originados ou por correntes eléétricas em tricas em condutores ou por imãs permanentes), resultando na

condutores ou por imãs permanentes), resultando na

conversão eletromecânica de energia.

(28)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

Considere um condutor de comprimento

Considere um condutor de comprimento l l colocado entre colocado entre os p

os póólos de um imã. Seja o condutor percorrido por uma los de um imã. Seja o condutor percorrido por uma corrente I, e fazendo um ângulo reto com as linhas de

corrente I, e fazendo um ângulo reto com as linhas de

fluxo magnn

(29)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

Observa

Observa--se experimentalmente que o condutor sofre a se experimentalmente que o condutor sofre a a

açção de uma forão de uma forçça F, cujo sentido esta F, cujo sentido estáá mostrado na mostrado na figura abaixo e sua magnitude

figura abaixo e sua magnitude éé dada por:dada por:

F =

(30)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

Nesta expressão,

Nesta expressão, B B éé a magnitude da a magnitude da

densidade de fluxo

densidade de fluxo

magn

magn

é

é

tico

tico

ββ, cuja dire, cuja direçção ão éé a das linhas de fluxo.a das linhas de fluxo. A equa

A equaçção ão F = F = ββ.I. .I. ll éé uma proposiuma proposiçção da ão da

lei de

lei de

Ampere.

(31)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magnCircuitos magnééticos:ticos: Um Gerador El

Um Gerador Elééctrico ctrico éé um dispositivo que produz uma um dispositivo que produz uma For

Forçça Electromotriz (f.e.m.) pela variaa Electromotriz (f.e.m.) pela variaçção do não do núúmero de mero de Linhas de Fluxo (Linhas de For

Linhas de Fluxo (Linhas de Forçça) Magna) Magnéético, tico, ΦΦ, que , que atravessam uma Bobina de Fio. A Figura 1

atravessam uma Bobina de Fio. A Figura 1 éé um tipo de um tipo de Gerador. Accionando a manivela, a Bobina gira entre os

Gerador. Accionando a manivela, a Bobina gira entre os

P

(32)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Circuitos magn

Circuitos magn

é

é

ticos:

ticos:

O seu princ

O seu princ

í

í

pio de opera

pio de opera

ç

ç

ão

ão

é

é

baseado na Indu

baseado na Indu

ç

ç

ão

ão

Electromagn

Electromagn

é

é

tica, definida pela Lei de Faraday,

tica, definida pela Lei de Faraday,

que diz:

(33)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

A For

A Forçça Eletromotriz, Efem, induzida numa Bobina a Eletromotriz, Efem, induzida numa Bobina éé proporcional ao proporcional ao n

núúmero de espiras, N, da Bobina, e mero de espiras, N, da Bobina, e àà Taxa Temporal de VariaTaxa Temporal de Variação, ção, d

dΦΦ / dt, do nú/ dt, do número de Linhas de Fluxo Magnmero de Linhas de Fluxo Magnéético, tico, ΦΦ, que , que atravessam a superf

atravessam a superfíície (A) limitada pela Bobina.cie (A) limitada pela Bobina. Um Efeito Induzido

Um Efeito Induzido éé sempre de tal forma a Opor-sempre de tal forma a Opor-se se àà causa que o causa que o produz.

produz.

No Gerador, a Bobina est

No Gerador, a Bobina estáá sob a influência de Campo Magnésob a influência de Campo Magnético tico Estacion

Estacionáário. A Densidade do Fluxo Magnrio. A Densidade do Fluxo Magnéético, B, tico, B, éé constante e Φconstante e Φ = = B x Aef, assim

B x Aef, assim ΦΦ éé proporcional àproporcional à Área Efectiva, Aef, da Espira. Área Efectiva, Aef, da Espira. ÀÀ medida que a Espira gira em ângulos diferentes, h

medida que a Espira gira em ângulos diferentes, háá uma alteraçuma alteração ão da

(34)

Gera

(35)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

A Taxa Temporal de Varia

A Taxa Temporal de Variaçção do ão do ΦΦ, d, dΦΦ / dt, / dt, éé a maior nos a maior nos pontos zero da Forma de Onda e

pontos zero da Forma de Onda e éé menor nos picos da Forma menor nos picos da Forma de Onda. Assim, a For

de Onda. Assim, a Forçça Electromotriz Eemfem Induzida a Electromotriz Eemfem Induzida éé m

mááxima nos pontos zero e xima nos pontos zero e éé mmíínima nos picos, Figura 3. A nima nos picos, Figura 3. A sa

saíída da Forda da Forçça Electromotriz Eemfa Electromotriz Eemf Induzida na saInduzida na saíída do da do Gerador

Gerador éé uma Tensão de Corrente Alternada, CA uma Tensão de Corrente Alternada, CA (AC), e a sua (AC), e a sua Forma de Onda

Forma de Onda éé mostraapresentada na Figura 4:mostraapresentada na Figura 4:

Figura 3: Diferentes Taxas Temporais do Fluxo Magn

(36)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Figura 4: Posi

Figura 4: Posiçção do Plano da Bobina de Fio, relativamente ão do Plano da Bobina de Fio, relativamente àà DirecDirecçção do Campo ão do Campo Magn

(37)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Os geradores de corrente alternada são formados pelos quadros Os geradores de corrente alternada são formados pelos quadros plano sem movimento de rota

plano sem movimento de rotaçção uniforme num campo magnão uniforme num campo magnéético tico uniforme. J

uniforme. Jáá vimos que, sendovimos que, sendo a induça indução magnão magnéética do campo, tica do campo, S a

S a áárea do quadrorea do quadro,, a velocidade angular, a força velocidade angular, a força eletromotriz a eletromotriz induzida no quadro no instante t

induzida no quadro no instante t éé::

As grandezas

As grandezas ωω ,, ββ , S são constantes. Então o valor m, S são constantes. Então o valor mááximo da forximo da forçça a eletromotriz

eletromotriz éé aquele em que oaquele em que o sen sen ωωt t éé mmááximo, isto ximo, isto éé,, sen sen ωωt=1 t=1 ::

O valor da for

O valor da forçça eletromotriz num instante t pode ser escrito do seguinte a eletromotriz num instante t pode ser escrito do seguinte modo:

(38)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Caso de n espiras: Caso de n espiras:

Os geradores não são formados de um s

Os geradores não são formados de um sóó quadro, mas de muitos, quadro, mas de muitos, ligados em s

ligados em séérie, como indica a Figura abaixo. Neste caso, cada rie, como indica a Figura abaixo. Neste caso, cada quadro

quadro éé chamado umachamado uma espiraespira. Sendo. Sendo nn o núo número de quadros mero de quadros ligados em s

ligados em séérie, a f.e.m. induzida no instanterie, a f.e.m. induzida no instante tt vale: vale:

e a f.e.m. m

(39)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Exerc

Exercíício:cio:

Um alternador

Um alternador éé constituíconstituído por 50 quadros ligados do por 50 quadros ligados em s

em séérie, cada um de 150 cm2, que giram com rie, cada um de 150 cm2, que giram com movimento de rota

movimento de rotação uniforme executando 1.500 ção uniforme executando 1.500 rota

rotaçções por minuto, em um campo magnões por minuto, em um campo magnéético tico uniforme de 10.000 gauss.

uniforme de 10.000 gauss. Pede

Pede--se:se:

a) a f.e.m. induzida m

a) a f.e.m. induzida mááxima;xima; b) a lei de varia

b) a lei de variação da f.e.m. em função da f.e.m. em função do tempo;ção do tempo; c) um gr

c) um gráfico, em escala, da f.e.m. em funáfico, em escala, da f.e.m. em funçção do ão do tempo, para um per

(40)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

N=50

|β|=10.000 gauss (1Weber=104 gauss)

Área S=150cm2 (=150.10-4 m2 = 15.10-3 m2 )

Frequência: S=1.500 rotações = 25 rotações minuto segundo A velocidade angular do quadro é: ω=2Πf ω = 2 . 3,14 . 25 = 157 radianos

segundo a)F.E.M. máxima:

(41)

Gera

(42)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

(43)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

O enrolamento de campo

O enrolamento de campo éé excitado por corrente contexcitado por corrente contíínua, levada nua, levada at

atéé ele por meio de escovas de carvão, apoiadas sobre anele por meio de escovas de carvão, apoiadas sobre anééis is coletores. O enrolamento de armadura, consistindo de uma s

coletores. O enrolamento de armadura, consistindo de uma sóó bobina de N espiras,

bobina de N espiras, éé indicado em seindicado em seçção transversal pelos dois ão transversal pelos dois lados da bobina a e

(44)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

O rotor gira a velocidade constante, acionado por uma fonte de

O rotor gira a velocidade constante, acionado por uma fonte de

potência mecância acoplaa ao seu eixo.

potência mecância acoplaa ao seu eixo.

Conforme o rotor gira, a forma de onda de fluxo passa pelos lado

Conforme o rotor gira, a forma de onda de fluxo passa pelos lados s da bobina a e

da bobina a e ––a. A tensão resultante na bobina (ver fig.).a. A tensão resultante na bobina (ver fig.). A frequênica em ciclos por segundo (hertz)

A frequênica em ciclos por segundo (hertz) éé igual a velocidade do igual a velocidade do rotor em rota

rotor em rotaçções por segundo, isto ões por segundo, isto éé, a frequência el, a frequência eléétrica esta trica esta sincronizada com a velocidade mecânica, e esta

sincronizada com a velocidade mecânica, e esta éé a razão para a a razão para a designa

(45)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Muitas m

Muitas mááquinas quinas ´´sincronas têm mais de 2 polos. Como um sincronas têm mais de 2 polos. Como um exemplo espec

exemplo especíífico, a figura abaixo mostra um alternador elementar fico, a figura abaixo mostra um alternador elementar de 4 polos, monof

de 4 polos, monofáásico. As bobinas de campo são ligadas de modo sico. As bobinas de campo são ligadas de modo que os polos são de polaridade alternadamente norete e sul. H

que os polos são de polaridade alternadamente norete e sul. Háá dois comprimentos de onda completos, ou ciclos, na distribui

dois comprimentos de onda completos, ou ciclos, na distribuiçção de ão de fluxo ao longo da periferia, conforme mostra o gr

fluxo ao longo da periferia, conforme mostra o grááfico abaixo.fico abaixo. O enrolamento da armadura agora consiste de 2 bobinas a1,

O enrolamento da armadura agora consiste de 2 bobinas a1, --a1 e a1 e a2

a2 ––a2 ligadas em sa2 ligadas em séérie. A tensão gerada agora passa por dois rie. A tensão gerada agora passa por dois ciclos completos por revolu

ciclos completos por revoluçção do rotor. A frequência f em hertz ão do rotor. A frequência f em hertz éé, , então, duas vezes a velocidade de rota

(46)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Com poucas exce

Com poucas exceçções, os gradores sões, os gradores sííncronos são mncronos são mááquinasquinas trif

trifáásicas, devido sicas, devido ààs vantagens dos sistemas trifs vantagens dos sistemas trifáásicos para asicos para a gera

geraçção, a transmissão E a utilizaão, a transmissão E a utilizaçção de grandes potências. ão de grandes potências. Para a produ

Para a produçção de um conjunto de Três tensões defasadasão de um conjunto de Três tensões defasadas de 120 graus el

de 120 graus eléétricos no tempo, tricos no tempo, éé necessnecessáário no Mrio no Míínimo denimo de 3 bobinas deslocads de 120 graus el

3 bobinas deslocads de 120 graus eléétricos no espatricos no espaçço.o. Uma m

Uma mááquina elementar trifquina elementar trifáásica, 2 polos, com uma bobina sica, 2 polos, com uma bobina por fase

por fase éé Mostrada na figura seguinte. As 3 fases são Mostrada na figura seguinte. As 3 fases são designadas por a,b e c. Em uma m

designadas por a,b e c. Em uma mááquina elementar dequina elementar de 4 polos, Um m

4 polos, Um míínimo de 2 destes conjuntos precisa ser usado.nimo de 2 destes conjuntos precisa ser usado. (ver fig.seguinte).

(47)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Em uma m

Em uma mááquina elementar de P polos, quina elementar de P polos, são necess

são necessáários P/2 conjuntos.rios P/2 conjuntos. Quando um gerador s

Quando um gerador sííncrono supre ncrono supre potência el

potência eléétrica a uma carga, atrica a uma carga, a

Corrente Na armadura cria uma onda

Corrente Na armadura cria uma onda

de fluxo no entreferro, que gira a

de fluxo no entreferro, que gira a

velocidade S

velocidade Sííncrona. Este fluxo reagencrona. Este fluxo reage com o fluxo criado pela corrente de

com o fluxo criado pela corrente de

campo e resulta Da

campo e resulta Daíí um conjugado um conjugado eletromagn

eletromagnéético, devido tico, devido àà tendênciatendência dos dois campos Magn

dos dois campos Magnééticos se ticos se alinharem. Em um gerador, este

alinharem. Em um gerador, este

conjugado se opõe a rota

conjugado se opõe a rotaçção,ão, E a m

E a mááquina motriz deve aplicar quina motriz deve aplicar

conjugado mecânico a fim de sustentar

conjugado mecânico a fim de sustentar

a Rota

a Rotaçção. O conjugado eletromagnão. O conjugado eletromagnéético tico éé o mecanismo atrav

o mecanismo atravéés do qual s do qual Maior potência el

Maior potência eléétrica de satrica de saíída exige da exige maior potência mecânica de entrada.

(48)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

De acordo com as leis da indu

De acordo com as leis da induçção, em um condutor ão, em um condutor éé gerada uma tensão gerada uma tensão independente se o condutor

independente se o condutor éé movido por um campo magnmovido por um campo magnéético constante tico constante localizado, ou inversamente, o campo magn

localizado, ou inversamente, o campo magnéético girando e o condutor parado.tico girando e o condutor parado. Por isso os geradores são constru

Por isso os geradores são construíídos de tal forma que os enrolamentos .em que a dos de tal forma que os enrolamentos .em que a tensão

tensão éé gerada se localizem na armadura fixa (estator). Este encerra nagerada se localizem na armadura fixa (estator). Este encerra na carcacarcaçça a a a pilha de chapas com o enrolamento de corrente alternada e tem ce

pilha de chapas com o enrolamento de corrente alternada e tem certa semelhanrta semelhançça a com o estator de um motor ass

com o estator de um motor assííncrono.ncrono. Os p

Os póólos magnlos magnééticos são localizados no rotor (geradores de pticos são localizados no rotor (geradores de póólos internos), los internos), possuem a forma de uma roda polar (p

possuem a forma de uma roda polar (póólos norte e sul alternantes) e são los norte e sul alternantes) e são denominados rotor.

(49)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Geradores de rota

Geradores de rotaçção rão ráápida (turbogeradores) possuem rotores pida (turbogeradores) possuem rotores com

com ““ppóólos totaislos totais””. Devido a for. Devido a forçça centra centríífuga o rotor não mais fuga o rotor não mais poder

poderáá ser usado como roda polar.ser usado como roda polar.

Geradores de corrente alternada devem ter excita

Geradores de corrente alternada devem ter excita

ç

ç

ão

ão

externa

externa

. A corrente cont. A corrente contíínua necessnua necessáária pra tal ria pra tal éé retirada de retirada de bateria, retificadores de rede ou gerador de corrente alternada

bateria, retificadores de rede ou gerador de corrente alternada

em deriva

em derivaçção, que geralmente ão, que geralmente éé acoplado ao eixo do gerador acoplado ao eixo do gerador de corrente alternada (ver fig a na p

(50)

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Geradores de corrente trif

Geradores de corrente trif

á

á

sica:

sica:

No estator do gerador de corrente trif

No estator do gerador de corrente trif

á

á

sica dipolar são

sica dipolar são

localizados 3 enrolamentos, deslocados de 120

localizados 3 enrolamentos, deslocados de 120

º

º

um

um

em rela

em rela

ç

ç

ão ao outro. Em um par de p

ão ao outro. Em um par de p

ó

ó

los cada ramal

los cada ramal

de enrolamento

de enrolamento

é

é

composto de uma bobina, isto

composto de uma bobina, isto

é

é

,

,

existem no total 3 bobinas. Um gerador tetrapolar

existem no total 3 bobinas. Um gerador tetrapolar

possui 2.3=6 bobinas e um hexapolar 3.3=9 bobinas.

possui 2.3=6 bobinas e um hexapolar 3.3=9 bobinas.

Cada ramal de entolamento

Cada ramal de entolamento

é

é

comosto de tantas

comosto de tantas

bobinas ligadas em s

bobinas ligadas em s

é

é

rie quantos pares de p

rie quantos pares de p

ó

ó

los o

los o

rotor possuir (ver fig.39.2na pr

(51)
(52)

A frequência dos geradores s

A frequência dos geradores s

í

í

ncronos

ncronos

é

é

determinada plea frequência de rota

determinada plea frequência de rota

ç

ç

ão e a

ão e a

quantidade de p

quantidade de p

ó

ó

los:

los:

Um gerador s

Um gerador s

í

í

ncrono dipolar produz, num ciclo, um

ncrono dipolar produz, num ciclo, um

per

per

í

í

odo de corrente alternada. Em

odo de corrente alternada. Em

n

n

ciclos por minuto,

ciclos por minuto,

produz, portanto,

produz, portanto,

n

n

/60 periodos por segundo. Se um

/60 periodos por segundo. Se um

gerador possui

gerador possui

p

p

pares de p

pares de p

ó

ó

los, produzir

los, produzir

á

á

uma

uma

frequência de :

frequência de :

f

f

=

=

p

p

.

.

n

n

/60

/60

Gera

(53)

Exemplo 1: Com que frequência de rota

Exemplo 1: Com que frequência de rota

ç

ç

ão um

ão um

gerador de corrente tr

gerador de corrente tr

í

í

f

f

á

á

sica com gerador de 16 p

sica com gerador de 16 p

ó

ó

los

los

e frequência de 50 Hz deve ser impusionado?

e frequência de 50 Hz deve ser impusionado?

Gera

(54)

Dados:

Dados:

p

p

=8;

=8;

f

f

=50Hz; pede

=50Hz; pede

-

-

se:

se:

n

n

=? rpm.

=? rpm.

Solu

Solu

ç

ç

ão;

ão;

n=

n=

f

f

.60

.60

=

=

50Hz . 60

50Hz . 60

= 375 rpm

= 375 rpm

p

p

8

8

Gera

(55)

Exemplo 2: Qual a frequência gerada por um gerador

Exemplo 2: Qual a frequência gerada por um gerador

de corrente alternada, com 16 p

de corrente alternada, com 16 p

ó

ó

los, numa frequência

los, numa frequência

de rota

de rota

ç

ç

ão de 125 rpm?

ão de 125 rpm?

Gera

(56)

Dados:

Dados:

p

p

=8;

=8;

n

n

=125 rpm; pede

=125 rpm; pede

-

-

se:

se:

f

f

= ? Hz

= ? Hz

Solu

Solu

ç

ç

ão;

ão;

f=

f=

p

p

.

.

n

n

=

=

8.125rpm

8.125rpm

= 16

= 16

2/32/3

Hz

Hz

60

60

60

60

Gera

(57)

Potência nominal dos geradores

Potência nominal dos geradores

é

é

dada em k

dada em k

VA

VA

A potência dos geradores

A potência dos geradores

é

é

determinada pelas perdas.

determinada pelas perdas.

Estas s

Estas s

ó

ó

dependem da tensão

dependem da tensão

U

U

(perdas no ferro) e o

(perdas no ferro) e o

valor da corrente

valor da corrente

I

I

(perdas no cobre) e não dependem

(perdas no cobre) e não dependem

da defasagem. Com isto as dimensões do gerador são

da defasagem. Com isto as dimensões do gerador são

determinadas pela potência aparente (P

determinadas pela potência aparente (P

apap

).

).

P

P

apap

=

=

U.I

U.I

para corrente alternada (monof

para corrente alternada (monof

á

á

sica).

sica).

__

__

P

P

apap

=

=

3 .

3 .

U.I

U.I

=1,73 .

=1,73 .

U.I

U.I

para corrente

para corrente

trif

trif

á

á

sica.

sica.

Gera

(58)

Um gerador de corrente trif

Um gerador de corrente trif

á

á

sica de Pap=1000kVA

sica de Pap=1000kVA

pode fornecer em uma tensão de rede de 1000V e

pode fornecer em uma tensão de rede de 1000V e

cos

cos

φ

φ

=1, (carga ôhmica) uma potência ativa de

=1, (carga ôhmica) uma potência ativa de

Pa=Pap.cos

Pa=Pap.cos

φ

φ

= 1000kVa.1 = 1000kW.

= 1000kVa.1 = 1000kW.

A corrente nominal valer

A corrente nominal valer

á

á

então,

então,

I= _

I= _

Pap__

Pap__

=

=

1 000 000 VA

1 000 000 VA

= 578A

= 578A

1,73.U 1,73.1000V

1,73.U 1,73.1000V

Com um cos

Com um cos

φ

φ

=0,5, a Potência Ativa s

=0,5, a Potência Ativa s

ó

ó

valer

valer

á

á

Pa=Pap cos

Pa=Pap cos

φ

φ

= 1000kVA . 0,5 = 500kW.

= 1000kVA . 0,5 = 500kW.

O gerador fornece em lugar de 1000kW, somente 500kW

O gerador fornece em lugar de 1000kW, somente 500kW

Gera

(59)

Comportamento dos geradores s

Comportamento dos geradores s

í

í

ncronos em vazio:

ncronos em vazio:

A lei de indu

A lei de indu

ç

ç

ão U

ão U

00

~

~

Φ

Φ

.

.

n

n

determina que a tensão

determina que a tensão

induzida

induzida

é

é

diretamente proporcional ao campo

diretamente proporcional ao campo

magn

magn

é

é

tica e

tica e

à

à

frequência de rota

frequência de rota

ç

ç

ão. Em rota

ão. Em rota

ç

ç

ão

ão

constante a tensão gerada depender

constante a tensão gerada depender

á

á

do fluxo

do fluxo

magn

magn

é

é

tico

tico

Φ

Φ

dos p

dos p

ó

ó

los magn

los magn

é

é

ticos. Aumentando o

ticos. Aumentando o

valor da corrente cont

valor da corrente cont

í

í

nua que cirucula pelo

nua que cirucula pelo

enrolamento de excita

enrolamento de excita

ç

ç

ão, tamb

ão, tamb

é

é

m aumenta a

m aumenta a

corrente. Como

corrente. Como

Φ

Φ

cresce segundo o gr

cresce segundo o gr

á

á

fico de

fico de

magnetiza

magnetiza

ç

ç

ão (curva de histerese), tamb

ão (curva de histerese), tamb

é

é

m a tensão

m a tensão

gerada deve se comportar segundo um gr

gerada deve se comportar segundo um gr

á

á

fico

fico

semelhante, o gr

semelhante, o gr

á

á

fico em vazio.

fico em vazio.

Gera

(60)

Em satura

Em saturaçção do material ferromagnão do material ferromagnéético, uma elevatico, uma elevaçção de ão de corrente de excita

corrente de excitaçção acima do valor de saturaão acima do valor de saturaçção acarretarão acarretaráá aumento m

aumento míínimo de tensão. nimo de tensão. Desligada a corrente de excitaDesligada a corrente de excitaçção, ão, o gerador continuar

o gerador continuaráá a gerar determinada tensão devido a a gerar determinada tensão devido a remanência dos p

remanência dos póólos magnlos magnééticas.ticas.

Gera

Gera

ç

ç

ão de CA

ão de CA

Ela poderá valer até 5% da tensão nominal. Nos

bornes de um gerador de alta tensão, U=10kV

poderá aparecer, portanto uma tensão residual fatal de 500V.

(61)

O comportamento do gerador em carga:

O comportamento do gerador em carga:

O valor da tensão

O valor da tensão éé influenciado pela:influenciado pela:

--resistência ôhmica do enrolamento;resistência ôhmica do enrolamento;

--

Tensão de autoTensão de auto--induinduçção provocada pelo campo de dispersão ão provocada pelo campo de dispersão magn

magnéética.tica.

--

Princiaplamente pela reaPrinciaplamente pela reaçção do rotor.ão do rotor.

Gera

(62)

Gera

(63)

Gera

(64)

Gera

(65)

Especifica

Especifica

ç

ç

ões:

ões:

Os dados da plaqueta de identificação de um gerador CA típico incluem o nome do fabricante, a série e o número do tipo:

Rotação (rpm), número de pólos, frequência de saída, número de

fases e tensão auxiliar máxima fornecida. Especificação da capacidade em quilovolts e em quilowatts por um fator de potência específico e uma tensão máxima de saída; corrente do campo e da armadura por fase. Aumento máximo de temperatura.

(66)

As perdas de um gerador CA são análogas às do gerador CC e incluem as perdas no cobre da armadura, perdas no cobre da excitação de campo e perdas mecânicas.

A eficiência (Ef.) é a razão entre a potência útil de saída e a potência total de entrada:

Ef. = Saída__ Entrada Exemplo:

Um motor de 2hp funcionando com a saída especificada agem como o propulsor de um alternador que tem uma demanda de carga de

1,1kW. Qual a eficiência porcentual do alternador? Despreze a excitação do campo.

Potência de entrada = 2hp x 746W/hp = 1492W Potência de saída = 1,1kW=1.100W

Ef. = Saída__ = 1.100 = 0,737 = 73,7 % (Perda = 392W) Entrada 1.492

Perdas e Eficiência:

(67)

Liga

Liga

ç

ç

ão paralela de geradores s

ão paralela de geradores s

í

í

ncronos:

ncronos:

Nas usinas el

Nas usinas eléétricas não tricas não éé conveniente usarconveniente usar--se um se um úúnico nico alternador, de elevada potência, capaz de fornecer sozinho

alternador, de elevada potência, capaz de fornecer sozinho

toda a potência el

toda a potência eléétrica necesstrica necessáária para abastecer as linhas ria para abastecer as linhas utilizadoras.

utilizadoras.

As razões que impelem a se usar mais de um alternador são

As razões que impelem a se usar mais de um alternador são

duas:

duas:

1

1--Se houver um defeito no Se houver um defeito no úúnico gerador, a usina fica nico gerador, a usina fica

impossibilitada de alimentar as linhas utilizadoras, mesmo com

impossibilitada de alimentar as linhas utilizadoras, mesmo com

carga reduzida.

carga reduzida.

2

2-- Nos perNos perííodos de pequena demanda, o odos de pequena demanda, o úúnico gerador de nico gerador de grande potência trabalha com carga reduzida e, em

grande potência trabalha com carga reduzida e, em

consequência, com rendimento baixo.

consequência, com rendimento baixo.

Gera

(68)

Liga

Liga

ç

ç

ão paralela de geradores s

ão paralela de geradores s

í

í

ncronos:

ncronos:

Para evitar os incovenientes mencionados, as usinas preferem

Para evitar os incovenientes mencionados, as usinas preferem

instalar v

instalar váários geradores de pequena potência, os quais são rios geradores de pequena potência, os quais são agrupados em paralelo quando a carga exigir e desconectados

agrupados em paralelo quando a carga exigir e desconectados

quando não necess

quando não necessáários.rios.

SINCRONIZA

SINCRONIZAÇÇÃO:ÃO:

Para ligar um gerador em uma rede em oper

Para ligar um gerador em uma rede em operçção, 3 grandezas ão, 3 grandezas devem coincidir exatamente:

devem coincidir exatamente:

a

a-- tensão:tensão: Com o auxCom o auxíílio de um regulador de campo, a lio de um regulador de campo, a corrente de excita

corrente de excitaçção ão éé regulada de tal maneira que a tensão regulada de tal maneira que a tensão do gerador coincide com a tensão da rede.

do gerador coincide com a tensão da rede.

b

b--Frequência:Frequência: Para evitar o curtoPara evitar o curto--circuito, a frequência do circuito, a frequência do gerador deve coincidir com a rede.

gerador deve coincidir com a rede.

c

c--Igualdade de fase:Igualdade de fase: Ela existira se as ondas de corrente Ela existira se as ondas de corrente alternada do gerador e da rede alcan

alternada do gerador e da rede alcanççarem seu valor marem seu valor mááximo, ximo, m

míínimo e nulo ao mesmo tempo.nimo e nulo ao mesmo tempo.

Gera

(69)

Gera

(70)

Liga

Ligaçção de ão de ““escuroescuro””: Com o interruptor : Com o interruptor aberto, isto

aberto, isto éé, com o gerador em vazio, uma , com o gerador em vazio, uma lâmpada de fase dimensionada para dupla

lâmpada de fase dimensionada para dupla

tensão de rede

tensão de rede éé intercalada entre os cotatos intercalada entre os cotatos a

a--b, a1b, a1--b1 e a2b1 e a2--b2.b2.

Enquanto entre a tensão do gerador e a da

Enquanto entre a tensão do gerador e a da

rede não existir igualdade de fase, existir

rede não existir igualdade de fase, existiráá uma diferen

uma diferençça entre as tensões e os bornes a entre as tensões e os bornes a

a--b, a1b, a1--b1 e a2b1 e a2--b2. Em cada lâmpada haverb2. Em cada lâmpada haveráá uma tensão sigual

uma tensão sigual àà diferendiferençça dos valores a dos valores momentâneos da tensão do gerador e da

momentâneos da tensão do gerador e da

rede, por isso as lâmpadas brilharão mais ou

rede, por isso as lâmpadas brilharão mais ou

menos intensamente, em r

menos intensamente, em ráápida sequência. pida sequência. A diferen

A diferençça das tensões assumira das tensões assumiráá o valor o valor zero em igualdade de fase. As lâmpadas

zero em igualdade de fase. As lâmpadas

permanecerão apagadas (liga

permanecerão apagadas (ligaçção de escuro).ão de escuro).

Gera

(71)

Liga

Ligaçção de ão de ““claridadeclaridade”” ((éé utilizada em menos escala): Nesta utilizada em menos escala): Nesta montagem as lâmpadas são litgadas cruzadas aos p

montagem as lâmpadas são litgadas cruzadas aos póólos. los. Ocorrer

Ocorreráá igualdade de fase se as lâmpadas brilhares com igualdade de fase se as lâmpadas brilhares com intensidade m

intensidade mááxima (observaxima (observaçção insegura)ão insegura)

Gera

(72)

Usinas utilizam

Usinas utilizam ““SINCRONOSCSINCRONOSCÓÓPIOSPIOS””:: Ele

Ele éé constituconstituíído de um ponteiro girante (que indica se a do de um ponteiro girante (que indica se a m

mááquina que estquina que estáá entrando em funcionamento estentrando em funcionamento estáá mais lenta mais lenta ou mais r

ou mais ráápida) e uma posipida) e uma posiçção fixa para indicar o momento ão fixa para indicar o momento preciso da sincroniza

preciso da sincronizaçção, quando a chave que faz o ão, quando a chave que faz o paralelismo deve ser fechada.

paralelismo deve ser fechada.

Gera

(73)

Gera

(74)

SUM

SUMÁÁRIO DO PROCEDIMENTO PARA LIGAR EM PARALELO RIO DO PROCEDIMENTO PARA LIGAR EM PARALELO ALTERNADORES POLIF

ALTERNADORES POLIFÁÁSICOS:SICOS:

1

1--O alternador O alternador éé trazido trazido àà velocidade nominal e seu valor velocidade nominal e seu valor eficaz de tensão de linha

eficaz de tensão de linha éé ajustdo ajustdo àà tensão do barramento tensão do barramento atrav

atravéés de um volts de um voltíímetro.metro.

2

2--A sequência de fases A sequência de fases éé verificada atravverificada atravéés do indicador da s do indicador da sequência de gases ou das lâmpadas de sincroniza

sequência de gases ou das lâmpadas de sincronizaçção.ão.

3

3--A frequência do alternador a ser ligado A frequência do alternador a ser ligado éé comparada comparada àà do do barramento atrav

barramento atravéés de um sincronoscs de um sincronoscóópio ou pelo mpio ou pelo méétodo todo das lâmpadas. Se a frequência da m

das lâmpadas. Se a frequência da mááquina a ser ligada quina a ser ligada éé baixa, aumenta

baixa, aumenta--se a velocidade de sua mse a velocidade de sua mááquina primquina primáária; se ria; se éé alta, a velocidade

alta, a velocidade éé diminudiminuíída.da.

4

4--A chave de paralelismo A chave de paralelismo éé fechada no instante em que as fechada no instante em que as lâmpadas ou o sincronosc

lâmpadas ou o sincronoscóópio indicam que as tensões fasepio indicam que as tensões fase--aa- -fase são exatamente iguais e opostas. O alternador estar

fase são exatamente iguais e opostas. O alternador estaráá então ligado e flutuando na linha.

então ligado e flutuando na linha.

Gera

(75)

SUM

SUMÁÁRIO DO PROCEDIMENTO PARA LIGAR EM PARALELO RIO DO PROCEDIMENTO PARA LIGAR EM PARALELO ALTERNADORES POLIF

ALTERNADORES POLIFÁÁSICOS:SICOS:

5

5--FazFaz--se com que o alternador assuma carga, aumentandose com que o alternador assuma carga, aumentando--se se a velocidade de sua m

a velocidade de sua mááquina primquina primáária.ria.

6

6-- O fator de potência no qual funciona o alternador, no que O fator de potência no qual funciona o alternador, no que diz respeito

diz respeito àà sua potência reativa, sua potência reativa, éé ajustado por meio de seu ajustado por meio de seu reostado de campo.

reostado de campo.

7

7--A tensão do barramento A tensão do barramento éé ajustada, autandoajustada, autando--se se simultaneamente em todos os reostados de campo.

simultaneamente em todos os reostados de campo.

Gera

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Gera

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Gera

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Gera

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Gera

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Gera

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Gera

Referências

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