Geradores CC, Resumos de Máquinas

Baixe Geradores CC e outras Resumos em PDF para Máquinas, somente na Docsity! IFSP – CAMPUS CUBATÃO – SAI – 3º MÓDULO ELETROMECÂNICA APLICADA NOTAS DE AULA 04 – GERADORES CC – REV. 04 1 ETM - ELETROMECÂNICA APLICADA GERADORES DE CORRENTE CONTÍNUA GENERALIDADES Geradores CC são fontes de tensão, onde:  O torque eletromagnético (desenvolvido nos condutores percorridos por corrente) se opõe à rotação da máquina primária (Lei de Lenz).  A tensão gerada calculada por Eg = Va + Ra∙Ia (induzida na armadura), auxilia e produz corrente na armadura. TIPOS DE GERADORES CC Os três tipos básicos de geradores CC são geradores shunt, série e compound. A diferença entre estes tipos surge da maneira como é produzida a excitação do enrolamento de campo. O propósito do gerador é produzir uma tensão CC por conversão de energia mecânica em energia elétrica. Uma porção desta tensão CC pode ser empregada para excitar o enrolamento de campo. Gerador Shunt Neste gerador toda ou quase toda a tensão de linha produzida é utilizada para alimentar o enrolamento de campo e produzir o fluxo magnético nos pólos. Os circuitos esquemático e equivalente do gerador shunt são vistos na Figura 1. Figura 1 – (a) Circuito esquemático do gerador shunt. (b) Circuito equivalente do gerador shunt. Todas as resistências do circuito de armadura, podem ser englobadas em uma única resistência Ra, denominada resistência de armadura, ou seja, a resistência do enrolamento da armadura, a resistência das escovas de carvão, além da resistência dos enrolamentos de compensação e interpolos, se estiverem sendo usados. Na Figura 1 (b) observa-se que: Lfa III  . Onde: Ia = corrente da armadura produzida na mesma direção da tensão gerada. If = corrente de campo (Vf / Rf). IL = corrente de carga (VL / RL). Existe a mesma tensão sobre os circuitos da armadura, do campo e da carga, ou seja: a f LV V V  . Onde: Va = Eg - Ra∙Ia = tensão nos terminais da armadura. IFSP – CAMPUS CUBATÃO – SAI – 3º MÓDULO ELETROMECÂNICA APLICADA NOTAS DE AULA 04 – GERADORES CC – REV. 04 2 Vf = tensão aplicada sobre o circuito de campo. VL = tensão aplicada na carga. EXEMPLO NUMÉRICO: Um gerador shunt, 250 V, 150 kW, possui uma resistência de campo de 50 Ω e uma resistência de armadura de 0,05 Ω. Calcule: a) A corrente de plena carga. b) A corrente de campo. c) A corrente de armadura. d) A tensão gerada na situação de plena carga. Solução: a) A600I 250 150000 V P I L L G L  b) A5I 50 250 R V I f f L f  c) A605I5600IIII aaLfa  d) V25,280E60505,0250IRVE gaaag  Gerador Série Neste gerador a excitação é produzida por um enrolamento de campo ligado em série com a armadura, de modo que o fluxo produzido é função da corrente da armadura e da carga. O campo série é excitado apenas quando a carga é ligada ao circuito. Como o enrolamento de campo deve suportar toda a corrente da armadura, é construído com poucas espiras de fio grosso. O enrolamento de compensação e o interpolo também podem estar presentes neste gerador. Gerador Composto (Compound) Neste gerador a excitação de campo é produzida por uma combinação dos enrolamentos em série e em paralelo com a armadura. Existem duas configurações possíveis: a conexão shunt-longa e a conexão shunt-curta. A diferença essencial entre estas conexões é que, na primeira, a corrente da armadura excita o campo série, enquanto que, na segunda, a corrente de carga excita o campo série. Estas diferenças irão interferir na forma como a tensão sobre a carga irá se comportar em função das diferentes solicitações de corrente. A Figura 2 ilustra as conexões possíveis do gerador Composto. EXEMPLO NUMÉRICO: Um gerador composto ligação shunt longa, 500 V, 100 kW, possui uma resistência de campo shunt de 125 Ω, uma resistência de campo série de 0,01 Ω e uma resistência de armadura de 0,03 Ω. A resistência de ajuste (Rd) suporta 54 A. Calcule: a) O valor da resistência de drenagem (Rd) para a carga nominal. b) A tensão gerada na situação de plena carga. Solução: a) A200I 500 100000 V P I L L G L  IFSP – CAMPUS CUBATÃO – SAI – 3º MÓDULO ELETROMECÂNICA APLICADA NOTAS DE AULA 04 – GERADORES CC – REV. 04 5 também se anulará e consequentemente a tensão gerada será zero. Entretanto não é o que acontece. Uma pequena tensão é medida nos terminais da armadura pelo voltímetro quando a corrente de campo é zero. Esta tensão é indicada pelo ponto a na curva da Figura 4 (b), onde a corrente de campo é zero e a tensão gerada, Eg, tem um pequeno valor, uns poucos volts. A tensão em a é proporcional ao magnetismo residual que permaneceu no ferro da máquina quando o gerador foi desligado. Se a corrente de campo é aumentada por meio do potenciômetro, de modo que a corrente medida é If1, a tensão aumentará até o ponto b. Se a corrente aumenta no mesmo sentido, de modo que se registre uma corrente de campo, If2, a tensão gerada é proporcional à fmm no entreferro produzida pela corrente de campo (NfIf), atingindo o ponto c. Além do ponto c um aumento na corrente de campo não produz um incremento proporcional na tensão gerada, pois o ferro dos núcleos polares e do núcleo do circuito magnético circundante se aproxima da saturação. Reduzindo a corrente de campo, devido à histerese, propriedade presente em qualquer material ferromagnético, serão obtidas tensões pouco mais elevadas que aquelas obtidas com a mesma corrente de campo no processo de subida da curva. EXEMPLO NUMÉRICO: Supondo excitação de campo constante, calcule a tensão a vazio de um gerador com excitação independente, cuja tensão da armadura é de 150 V numa velocidade de 1800 rpm, quando: a) A velocidade é aumentada para 2000 rpm. b) A velocidade é reduzida para 1600 rpm. Solução: Sob excitação constante se pode escrever: nKEnKE gg  , portanto orig final origg finalg n n E E  . a) V7,166E 1800 2000 150 n n EE finalg orig final origgfinalg  b) V3,133E 1800 1600 150 n n EE finalg orig final origgfinalg  REGULAÇÃO DE TENSÃO DE UM GERADOR Regulação de tensão indica o grau de variação na tensão da armadura produzida pela aplicação da carga. Se há pouca variação, desde a vazio até a plena carga, diz-se que o gerador de tensão possui boa regulação de tensão. Se a tensão varia apreciavelmente com a carga, é considerado como tendo pobre regulação. A regulação de tensão é expressa como uma percentagem da tensão terminal nominal. 100 V VV %VR FL FLNL    Onde: VR% = regulação de tensão percentual. VNL = tensão terminal sem carga. VFL = tensão terminal (nominal) a plena carga. IFSP – CAMPUS CUBATÃO – SAI – 3º MÓDULO ELETROMECÂNICA APLICADA NOTAS DE AULA 04 – GERADORES CC – REV. 04 6 EXEMPLO NUMÉRICO: 1) A tensão sem carga de um gerador shunt é 135 V, e sua tensão a plena carga é 125 V. Calcule a regulação de tensão em porcentagem. Solução: %8%VR100 125 125135 100 V VV %VR FL FLNL      2) A regulação percentual de tensão de um gerador shunt de 250 V é 10,5 %. Calcule a tensão do gerador sem carga. Solução: ) 100 %VR 1(VV) 100 %VR V(VV 100 V VV %VR FLNLFLFLNL FL FLNL     V3,276V) 100 5,10 1(250V NLNL  BIBLIOGRAFIA KOSOV, I. L. – MÁQUINAS ELÉTRICAS E TRANSFORMADORES. 4ª edição. Editora Globo, Rio de Janeiro / RJ. 1982.