Característica de Regulação do Gerador de Corrente Contínua com Excitação Independente

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1 Experiência V Característica de Regulação do Gerador de Corrente Contínua com Excitação Independente 1. Introdução A mesma máquina de corrente contínua de fabricação ANEL utilizada no ensaio precedente será usada nesta experiência, novamente com o enrolamento de campo excitado através de uma fonte de corrente contínua independente. O objetivo deste ensaio é o levantamento da curva da tensão terminal V a em função da corrente de armadura I a que irá variar em função da carga conectada ao gerador. A curva assim obtida é chamada de característica de regulação. A título de ilustração do que acontece internamente na máquina de corrente contínua com excitação independente mostra-se nas figuras abaixo uma seqüência de cartas de campo magnético [2]. A Fig. 1(a) ilustra a distribuição do fluxo quando somente o enrolamento de armadura está excitado (o campo está desligado) enquanto que a Fig. 1(b) apresenta a indução magnética no entreferro da máquina nesta condição. Esta indução foi calculada ao longo de um arco no entreferro e foi desenhada no sentido anti-horário. Se agora o enrolamento de campo é ligado e a armadura é também excitada o fluxo resultante na máquina é resultante da composição do fluxo mostrado na Fig. 5 da Experiência IV e o mostrado acima. A Fig. 2 mostra a distribuição resultante do fluxo magnético (obtida segundo o sentido anti-horário). Já as figuras 3 e 4 mostram o fluxo resultante do campo mais o de armadura quando se aumenta o valor da corrente neste último enrolamento. Observa-se nestas figuras a assimetria crescente do fluxo resultante que gera torques (motores ou resistentes dependendo se a máquina trabalha como motor ou gerador) de amplitudes crescentes. Esta assimetria pode também ser verificada na curva da indução magnética no entreferro (Fig. 5).

2 (a) (b) Fig. 1. (a) Fluxo magnético com somente o enrolamento de armadura excitado. (b) Indução magnética no entreferro quando somente a armadura está excitada.

3 Fig. 2. Fluxo magnético com os enrolamentos de campo e armadura excitados. Fig. 3. Fluxo magnético com os enrolamentos de campo e armadura excitados (corrente de armadura maior do que a da Fig. 2). Fig. 4. Fluxo magnético com os enrolamentos de campo e armadura excitados (corrente de armadura maior do que a das figuras 2 e 3).

4 Fig. 5. Indução magnética no entreferro (calculada no sentido anti-horário). O circuito elétrico equivalente em regime permanente da máquina operando como gerador difere do apresentado na Fig. 3 da Experiência IV pelo sentido da corrente de armadura I a, conforme mostra a Fig. 6. Fig. 6. Circuito elétrico equivalente do gerador com excitação independente. A partir do circuito elétrico acima pode-se deduzir que V V = V f a f = R f I f I f (1) R f V f ω rlaf I f Ra Ia = rlaf Ra Ia (2) R f = ω

5 Observa-se da equação (2) que mantida constante a velocidade ω r com a máquina primária e mantendo-se fixa a tensão de campo através da fonte de excitação independente, a variação da tensão de armadura será ocasionada somente pela queda de tensão na resistência de armadura. Assim, o aspecto da curva de regulação de um gerador de corrente contínua com campo independentemente excitado é tipicamente o apresentado na Fig. 7. Fig. 7. Curva de regulação típica de um gerador de corrente contínua com campo independentemente excitado. 2. Procedimento experimental Como na Experiência IV a máquina primária será o motor síncrono de fabricação ANEL que se encontra acoplado mecanicamente ao gerador de corrente contínua. Será este motor que fornecerá potência mecânica e manterá sua velocidade de rotação ω r. Esquemas de ligação e explicação dos procedimentos de acionamento do motor síncrono foram dados na Experiência IV e não serão repetidos aqui. As cargas para o gerador de corrente contínua serão lâmpadas. O laboratório dispõe de conjuntos de lâmpadas que podem ser acionadas individualmente através de interruptores instalados nas bancadas. 1) Ligações do gerador de corrente contínua Efetuar as ligações conforme esquema de ligações apresentados nas Fig. 9 da Experiência IV (para o motor síncrono) e na Fig. 8 da próxima página (para o gerador de corrente contínua que irá trabalhar em carga). 2) Acionamento do motor síncrono a) Ligar o barramento de corrente alternada. b) Gradativamente aplicar tensões trifásicas com o auxílio do Varivolt até alcançar a tensão nominal de 230 Volts de linha. O motor síncrono parte assíncronamente com o auxílio dos enrolamentos amortecedores presentes no rotor. c) Retirar o curto circuito do enrolamento de campo. Retirar o terminal A do descanso e colocá-lo sobre o terminal do campo que não estava conectado (terminal 2). Ligar

6 o barramento de corrente contínua e, variando o reostato, injetar entre 0.4 A e 0.5 A de corrente contínua no enrolamento de campo. d) Retirar o curto-circuito do amperímetro que está ligado ao estator do motor. Fig. 9. Esquema de ligações do gerador de corrente contínua. 3) Operação do gerador e ensaio em carga a) Inicialmente certificar-se de que todas as lâmpadas estejam desligadas. b) Com a fonte de corrente contínua alimentar o campo do gerador de maneira a atingir a tensão nominal que é de 220 Volts. c) Ligar uma lâmpada e anotar a tensão e a corrente de armadura ( Va e I a ). d) Repetir o procedimento de ligar lâmpadas mas atentar para que a corrente de armadura não ultrapasse 9 A que é a corrente nominal do gerador de corrente contínua. É muito importante também que a corrente do motor síncrono seja constantemente verificada. Ela não pode, em hipótese alguma, ultrapassar 5.1 A o que acarretaria a perda de sincronismo da máquina. e) Para desligar o gerador deve-se reduzir a corrente de excitação do campo e desligar a fonte de corrente contínua. É importante também não se abrir os interruptores que acionam as lâmpadas sob tensão contínua pois isto danifica as chaves. 4) Desligar o motor síncrono a) Curto-circuitar novamente o amperímetro ligado em série com o estator do motor.

7 b) Com o reostato diminuir ao mínimo a corrente de campo do motor. c) Desligar a botoeira do barramento de corrente contínua. d) Curto-circuitar o enrolamento de campo. e) Diminuir a tensão aplicada no estator do motor com o Varivolt. f) Desligar a botoeira de corrente alternada. 5) Traçar a curva de tensão de armadura versus corrente de armadura. Referências [1] N.Sadowski, Notas de Aula de EEL7201-Aspectos Construtivos e Análise de Máquinas Elétricas, Florianópolis, Maio de [2] P. C. Krause, O. Wasynczuk, S. D. Sudhoff, Analysis of Electric Machinery and Drive Systems, IEEE Series on Power Engineering, Wiley Interscience, Piscataway, 2002.