UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
CONVERSÃO DE ENERGIA
Prof. Irineu Alfredo Ronconi Junior
MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA
Chamamos de máquinas de corrente contínua os geradores de corrente contínua e os motores de corrente contínua.
Normalmente um motor de CC pode funcionar como um gerador de CC e vice-versa. As máquinas de corrente contínua são formadas por um ESTATOR (CARCAÇA) onde estão as carcaças polares e as bobinas de campo. Pelo ROTOR (induzido) construído de chapas de aço silício, isoladas e superpostas formando um cilindro com ranhuras em sua periferia onde são alojadas as bobinas que estão ligadas às lâminas do coletor. Em uma das tampas está fixada o porta-escovas, no interior do qual é colocado as escovas.
COMUTAÇÃO:
Quando os extremos da bobina, do induzido de um motor ou gerador, passa sobre a escova através do coletor, nessa bobina há inversão do sentido da corrente. Em um motor a Força Eletromotriz aplicada às escovas faz circular pelo
Com o movimento de rotação imprimido ao rotor, as bobinas “1” e “5” são curto-circuitadas pelas escovas, deixando de pertencer a qualquer um dos ramos.
Continuando o movimento de rotação do rotor as bobinas “1” e “5” são novamente colocadas no circuito, pertencendo agora a ramos contrários do enrolamento.
Houve então nas bobinas “1” e “5” e haverá em outras, uma inversão no sentido da corrente quando as mesmas passarem pelas escovas. Esta inversão é chamada comutação.
O ponto onde a bobina se movimenta tangencialmente do campo é denominado de zona neutra. Para uma máquina sem movimento a zona neutra tem o aspecto seguinte>
As seqüências das figuras acima demonstram exatamente o exposto.
EQUAÇÕES E CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS.
A máquina de CC tem como princípio de operação a interação dos campos magnéticos do estator com aqueles criados pela passagem de corrente no rotor. As equações se baseiam na lei da indução eletromagnética de Faraday.
A tensão induzida e em um condutor retilíneo que corta as linhas de indução de um campo magnético B, com velocidade v é dada por:
v l B e=
A tensão induzida é dada pelo produto escalar de B e v, sendo proporcional também ao comprimento do condutor.
Se agora o condutor for “dobrado” em forma de uma bobina retangular, de N
espira e de comprimento axial l, raio r, girando a uma velocidade angular ω em um campo magnético uniforme B a tensão induzida será dada por:
t sen BNA t sen BNlr
e=2 ω ω = ω ω
A ação motora, baseada na lei de Ampère, é dada como:
l i B F=
Neste caso a força que surge nas espiras é dada pelo produto vetorial de B e
l, sendo ainda a mesma proporcional a i.
A equação da Força eletromotriz é calculada da seguinte forma: considere um fluxo Φ para cada pólo p. O fluxo total cortado pelo condutor em n revoluções por minuto (rpm) é pΦn conseqüentemente, a tensão induzida em volts será:
[ ]
V n p e 60 φ =Dependendo de como foi feito o enrolamento (imbricado, ondulado ou outro) a tensão induzida é alterada para:
[ ]
V a zp a z n pe φωm
π φ 2 . 60 = =
onde z representa o total de condutores na armadura, conectados em a
caminhos paralelos, então o número efetivo de condutores para a produção de e
será z/a.
Sendo ωm=2πn/60(rad/s), a expressão anterior pode ser escrita da seguinte
forma e entendida como a tensão induzida média da máquina:
onde ka=zp/2πa, constante. Se o circuito pode ser considerado linear (isto é não trabalha na região de saturação), então:
f fi k
=
φ
isto é, o fluxo é proporcional a corrente de campo if, então a expressão acima
pode ser escrita da seguinte forma:
m f ki E= ω
onde k=kakf.
EQUAÇÃO DO CONJUGADO
A potência mecânica desenvolvida pela armadura (rotor)é dado pela quantidade de trabalho realizado em uma dada unidade de tempo, que também é igual ao produto do torque elétrico pela velocidade angular. Pela conservação de energia isto deve ser igual ao produto da tensão induzida pelo valor da corrente de armadura, isto é:
a m
e Ei
T ω =
que por sua vez pode ser expresso por:
a f a a
e k i ki i
T = φ = (se linear)
A constante k é chamada constante de conversão eletromecânica de energia.
EQUAÇÃO DA VELOCIDADE
A armadura de uma máquina de corrente contínua pode ser representada graficamente da seguinte forma:
Sob um regime permanente e supondo que os terminais são alimentados com uma tensão V, teremos:
a aR I E V− =
Substituindo E=kaφωm, na equação acima termos:
f a a a a a m kI I R V k I R V − = − = φ
ω , se linear.
Uma forma alternativa em rpm é dada por:
Ra
[ ]
rpm Ik I R V n
f m
a a
− =
Onde km=2πk/60. A equação acima é conhecida como equação da velocidade.
CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS.
As máquinas podem ser classificadas de acordo com a sua ligação elétrica entre a armadura e o estator. As configurações básicas são:
E Ra
E Ra Ra
E
E Ra
E Ra Ra
E
Motor com excitação independente
Motor Shunt ou excitação paralelo
