Professor Mário Henrique Farias Santos

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1 Professor Mário Henrique Farias Santos

2 Conceitos preliminares Introdução às máquinas CA e CC Força Magnetomotriz (FMM) de enrolamentos concentrados e de enrolamentos distribuídos Força Eletromotriz (FEM) (tensão) induzida em enrolamentos concentrados e em enrolamentos distribuídos Torque eletromagnético Perdas

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4 C Hdl = S Jda φ = Bda S

5 I = Rφ

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7 O enrolamento de campo é excitado por uma corrente contínua que é levada até ele por meio de escovas estacionárias de carvão que fazem contato com anéis coletores; O enrolamento de armadura consiste de bobinas de N espiras. Os condutores que formam estas bobinas são paralelos ao eixo da máquina e são ligados em série por terminais de conexão.

8 Quando este fornece potência elétrica a uma carga, a corrente de armadura cria no entreferro uma onda de fluxo magnético que gira na velocidade síncrona. Esste fluxo reage ao fluxo criado pela corrente de campo, resultando um conjugado eletromecânico a partir da tendência desses dois campos magnéticos se alinhar entre si. Esse conjugado se opõe à rotação, então um conjugado mecânico deve ser aplicado para que a rotação seja mantida.

9 Fig Diagrama esquemático de um gerador síncrono, pólos salientes, monofásico, dois pólos

10 A medida que o rotor gira, o fluxo concatenado do enrolamento de armadura varia no tempo; Se a distribuição do fluxo magnético no entreferro é senoidal e a velocidade é constante, FEM é senoidal

11 Fig a) Distribuição espacial da densidade de fluxo; b) Onda correspondente da tensão gerada

12 Máquina Síncrona: A frequência da tensão induzida é proporcional à rotação do rotor por segundo, por isto esta máquina é chamada síncrona. Em rpm, a equação é: n = 120 f p

13 Fig Diagrama esquemático de um gerador síncrono, de pólos salientes, monofásico, quatro pólos

14 Fig Distribuição espacial da densidade de fluxo do gerador síncrono de quatro pólos θ ae = pólos θ a 2

15 Uma corrente alternada é aplicada ao enrolamento de armadura do estator, e uma excitação CC ao enrolamento de campo do rotor. Para produzir um conjugado eletromecânico constante, os campos magnéticos do estator e do rotor devem ser constantes em amplitude e estacionários um em relação ao outro.

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17 Fig Enrolamento de campo de um gerador síncrono, de dois pólos lisos (ou cilíndricos)

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19 Fig Diagrama esquemático de geradores trifásicos: a) dois pólos, um enrolamento por fase b) quatro pólos, dois enrolamentos por fase c) conexão estrela dos enrolamentos

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21 Todo fio percorrido por uma corrente elétrica imerso num campo magnético fica sujeito a uma força de natureza magnética dada por: F = B L i senθ Onde θ é o ângulo entre a direção do fio e das linhas de campo magnético, B é a densidade de fluxo magnético, L o comprimento lateral da espira e i a corrente elétrica.

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23 Há uma tendência natural de alinhamento entre o campo girante e o campo magnético produzido pela espira, percorrida pela corrente induzida. Se por hipótese, a espira fosse sustentada por um eixo com liberdade de giro, ela seria arrastada pelo campo girante com velocidade angular própria.

24 Se a espira estiver em sincronismo com o campo girante, não há indução na espira, pois não há variação de fluxo. O conjugado desenvolvido neste caso também é nulo, não existindo ação motriz. Se a espira estiver travada, haverá uma tensão induzida elevada, gerando uma alta corrente e um alto conjugado. Porém não existirá ação motriz devido ao travamento.

25 Quando a a espira gira com velocidade menor que velocidade do campo girante, este movimento é chamado de assíncrono. Neste caso é estabelecida uma velocidade relativa entre o campo e a espira. A tensão induzida será menor, pois a velocidade relativa e a freqüência da tensão na espira será menor que a freqüência do campo girante. Este é o princípio de funcionamento de motores de indução.

26 Fig Curva característica rotação versus torque do motor de indução

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28 O funcionamento de um motor C.C. está baseado nas forças produzidas da interação entre o campo magnético e a corrente de armadura no rotor, que tendem a mover o condutor num sentido que depende do sentido do campo e da corrente na armadura (regra de Fleming ou da mão direita).

29 Fonte: Wikipédia

30 Fonte: Wikipédia

31 A figura a seguir mostra o sentido das forças que agem sobre uma espira. Sob a ação da força a espira irá se movimentar até a posição X-Y onde a força resultante é nula, não dando continuidade ao movimento. Torna-se então, necessário a inversão da corrente na espira para obter um movimento contínuo.

32 Fonte: Manual Weg

33 Este problema é resolvido utilizando um comutador de corrente. Este comutador possibilita a circulação de corrente alternada no rotor através de uma fonte CC. Para se obter um conjugado constante durante todo um giro da armadura do motor utilizamos várias espiras defasadas no espaço montadas sobre um tambor e conectadas ao comutador.

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35 Fig Gerador CC elementar com comutador

36 Rotor gira com velocidade constante; A tensão induzida no enrolamento de armadura é uma tensão alternada. Necessário retificar a onda através do uso do comutador.

37 Fig a) Distribuição espacial da densidade de fluxo no entreferro de uma máquina elementar CC; b) Onda da tensão entre as escovas

38 É um cilindro formado de segmentos de cobre isolados entre si; Escovas estacionárias de carvão são mantidas apoiadas na superfície do comutador; Estas conectam o enrolamento aos terminais externos da armadura; Em qualquer instante o comutador conecta o lado da bobina que está próximo do pólo sul à escova positiva, e vica-versa

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