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Geradores de Corrente Alternada

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Academic year: 2021

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Geradores de Corrente

Alternada

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Conteúdo

Introdução

Princípios de Funcionamento Aspectos Construtivo

Geração de Corrente Trifásica Ligações no sistema trifásico

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Introdução

• A característica principal de um gerador elétrico é transformar energia mecânica em elétrica.

• Os geradores de corrente alternada também são chamados de alternadores e praticamente toda energia elétrica consumida nas

residências e indústrias é fornecida pelos alternadores das usinas que produzem energia elétrica.

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Princípios de funcionamento

• Visando simplificar a análise do funcionamento de um gerador CA,

também chamado de alternador, analisaremos inicialmente o modelo simplificado composto por uma única espira que se encontra imersa em um campo magnético gerado por um imã permanente, conforme apresentado na figura a seguir.

• Com o movimento relativo da bobina em relação ao campo

magnético é gerado um valor instantâneo da força eletromotriz (f.e.m) induzida no condutor, conectado a dois anéis ligados ao circuito externo por meio de escovas.

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Princípios de funcionamento

• Considerando que a bobina gire com uma velocidade constante

dentro do campo magnético “B” com velocidade “V”, o valor da f.e.m. induzida no condutor dado pela Segunda Lei de Indução de Faraday é tida como:

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Princípios de funcionamento

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• Com um formato conveniente da sapata polar, pode-se conseguir uma distribuição senoidal das

induções e, dessa forma, a f.e.m. também terá um comportamento senoidal ao longo do tempo.

• A figura a seguir apresenta um lado da bobina no campo

magnético em doze posições diferentes, variação angular de 30° e na mesma figura ainda podemos analisar o

comportamento das induções em relação à posição angular

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Esquema de Funcionamento de um Gerador

Elementar (Armadura Fixa)

• Na figura a seguir você tem o esquema de funcionamento de um gerador elementar com

armadura fixa, no qual a tensão de armadura é extraída do

enrolamento de armadura sem passar pelas escovas.

• Geralmente para geradores com esta forma construtiva a potência de excitação gira em torno de 5% da potência

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Princípios de funcionamento

• As máquinas podem ser projetadas com um enrolamento composto por um ou mais pares de polos que serão sempre distribuídos

alternadamente (um norte e um sul).

• Considerando uma máquina com um par de polos, a cada giro das espiras temos um ciclo.

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Princípios de funcionamento

• A frequência de uma máquina síncrona em ciclos por segundo (hertz) é dada por:

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Princípios de funcionamento

• Para que se tenha a formação de pares de polos, o número de polos terá de ser sempre par.

• Na tabela a seguir são

apresentadas as velocidades síncronas em função das

polaridades e das frequências mais usuais.

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Exercícios

1. Um gerador síncrono de 60Hz movido a diesel produz 60Hz quando funciona em 200rpm. Quantos pólos ele possui? R: 36 pólos

2. Para que velocidade um gerador síncrono de dois pólos e 25Hz produz 25Hz? R: 1500rpm

3. Um alternador de 60Hz funciona a 900rpm. Quantos pólos ele possui? R: 8pólos

4. (a) Com que velocidade um gerador síncrono de 6 pólos deve ser girado para produzir 25Hz? (b) Com que velocidade deve girar um gerador síncrono de 60Hz com quatro pólos para produzir 60Hz? R: 500rpm, 1800rpm

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Princípio de Funcionamento

• A quantidade de tensão gerada por um gerador ca depende da

intensidade do campo e da velocidade. Como a maioria dos geradores funciona com velocidade constante, a quantidade de fem produzida depende da excitação do campo.

• A regulação de um gerador ca é o aumento porcentual na tensão do terminal à medida que a carga vai sendo reduzida da corrente

especificada para a carga máxima até zero, mantendo-se a velocidade e a excitação constantes, ou

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Princípio de Funcionamento

• A regulação de um gerador ca é o aumento porcentual na tensão do terminal à medida que a carga vai sendo reduzido da corrente

especificada para carga máxima até zero, mantendo-se a velocidade e a excitação constantes, ou

Regulação de Tensão = 𝒕𝒆𝒏𝒔ã𝒐 𝒔𝒆𝒎 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 −𝒕𝒆𝒏𝒔ã𝒐 𝒄𝒐𝒎 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂

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Exercícios

1) Qual a frequência de um alternador de quatro pólos funcionando a uma velocidade de 1500rpm?

2) Um alternador funciona com 120V sem carga. Aplica-se a seguir uma carga ao gerador. A tensão de saída cai (a corrente de campo

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Aspectos Construtivos

• No gerador CA podemos ter uma bobina rotacionada dentro de um campo magnético ou podemos ter o elemento responsável pela

excitação (gerador de campo magnético) sendo rotacionado e

fazendo com que surja uma tensão induzida na bobina fixa no estator do gerador.

• Os contatos responsáveis pela conexão entre a parte girante do gerador e a parte fixa são feitos por meio de escovas.

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Aspectos Construtivos

• O contato entre as escovas e os anéis, que são fixos no eixo, é

contínuo e o número de conjuntos anéis/ escovas é equivalente ao número de fases geradas. O detalhamento dos anéis você pode

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Geração de corrente trifásica

• Você sabia que a associação de três sistemas monofásicos com uma defasagem entre si de 120° compõe um sistema trifásico? Observe a figura:

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Geração de corrente trifásica

• Para se obter o equilíbrio do sistema, ou seja, VL1 = VL2 = VL3, cada bobina deverá ser composta de número de espiras igual.

• Existem duas formas usuais de se obter um sistema trifásico

composto por três sistemas monofásicos, os esquemas de ligação estrela e ligação triângulo, os quais você estudará em detalhes na sequência.

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Relação entre Tensões (linha/fase) Correntes

(linha/fase) e Potência em um Sistema Trifásico

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Exercícios:

1) Um sistema trifásico com tensão nominal de 380 V, com corrente de linha IL medida de 6 A é ligado a uma carga trifásica ligada em

triângulo. Considerando o sistema equilibrado e as cargas iguais, determine a tensão e a corrente nas mesmas.

2) Considerando uma carga trifásica composta por três cargas iguais ligadas a uma tensão de 127 V consumindo uma corrente de 8,0 A (IL=IF), determine a tensão nominal e a corrente de linha que

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1) Um sistema trifásico com tensão nominal de 380 V, com corrente de linha IL medida de 6 A é ligado a uma carga trifásica ligada em

triângulo. Considerando o sistema equilibrado e as cargas iguais, determine a tensão e a corrente nas mesmas.

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2) Considerando uma carga trifásica composta por três cargas iguais ligadas a uma tensão de 127 V consumindo uma corrente de 8,0 A (IL=IF), determine a tensão nominal e a corrente de linha que alimentam essa carga.

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Sincronização

• Essas fontes devem estar interligadas entre si para garantir que toda a demanda do sistema seja atendida. Para que sejam interconectadas, fontes geradoras diferentes devem estar sob a mesma tensão,

frequência e em concordância de fase e quando esse conjunto de fatores é atendido, chama-se de sincronismo.

• Na figura a seguir você pode observar um exemplo de conexão entre duas fontes geradoras em sistema trifásico.

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Sincronização

• Se as lâmpadas indicadas estiverem apagadas, estarão mostrando que os sistemas possuem mesmo nível de tensão e frequência e estão em fase, se não houver sincronismo entre os geradores, o funcionamento da lâmpada será intermitente.

• Execução da sincronização com base na figura anterior deve ter o seguinte procedimento:

1. ajustar o nível de tensão;

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Sincronização

• Para a realização da correção de fase é necessário que duas fases sejam invertidas. Para a correção da defasagem, deve-se corrigir a velocidade do motor que fornece força motriz.

• Uma vez em sincronismo com a rede, o gerador fica amarrado eletromagneticamente à mesma e caso ocorra alteração na força motriz, a frequência não será mais afetada, afetando apenas a potência cedida à rede.

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Questionário

1. Diferencie o sistema monofásico do sistema trifásico.

2. Qual a vantagem da utilização de equipamentos elétricos trifásicos? 3. Explique como surgem as tensões trifásicas num gerador trifásico.

4. Qual a defasagem angular entre as tensões de um gerador trifásico? A que se deve este valor?

5. Quais os tipos de ligações empregadas em circuitos trifásicos? Estabeleça a relação entre tensões e correntes de linha e de fase para cada ligação. 6. Explique por que não há a necessidade de fio neutro para alimentar uma

carga trifásica equilibrada em estrela, por meio de um gerador ligado em estrela.

Referências

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