Gerador CC- Excitação Independente

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1 Gerador CC- Excitação Independente Necessidade de uma fonte externa: Outro gerador CC; Retificador (diodo ou controlado); Bateria; etc...

2 Gerador CC- Excitação Independente Analisando o circuito: Rfw -> Resistência de enrolamento de campo; Rfc -> Resistência do reostato de controle; Rf -> Rfw + Rfc = resistência de circuito de campo; Ra -> Resistência do circuito de armadura, incluindo efeitos das escovas; Ra pode representar apenas a resistência do enrolamento da armadura. Neste caso utiliza-se uma queda de tensão de 2 V nas escovas. RL -> Resistência da Carga As indutâncias são desconsideradas para regime permanente.

3 Gerador CC- Excitação Independente Do circuito, podemos extrair as equações: V f = R f I f E a = V t + R a I a E a = k a ω m V t = R L I t I a = I t V t = E a R a I a Percebe-se que se a corrente de carga It cresce, a tensão nos terminais Vt irá decrescer, assumindo Ea = cte. A queda Ra.Ia é menor, pois Ra é baixo.

4 Gerador CC Para valores elevados para corrente de armadura, uma queda de tensão V ar significante ocorre nos terminais do gerador. Essa queda é conhecida como reação de armadura.

5 Reação da Armadura É um fenômeno que ocorre quando a máquina CC alimenta uma carga conectada em seus terminais.

6 Reação da Armadura A Reação da Armadura pode ser explicada pela distorção do fluxo principal, produzido nos pólos da máquina CC, pelo fluxo produzido pela corrente de carga que circula pela armadura (ROTOR) da máquina CC. Problemas provocados: 1. Deslocamento do plano magnético neutro (P.M.N.); 2. Enfraquecimento do fluxo principal da máquina.

7 Reação da Armadura Campo Principal

8 Reação da Armadura Campo da Armadura

9 Reação da Armadura Campo Resultante

10 Reação da Armadura - Soluções Três alternativas básicas foram desenvolvidas para corrigir ou resolver parcialmente os problemas provocados pela REAÇÃO da ARMADURA nas máquinas CC e pela tensão L di dt : 1. Deslocamento das escovas de carvão; 2. Colocação de INTERPÓLOS ou pólos de COMUTAÇÃO; 3. Uso de enrolamentos COMPENSADORES

11 Reação da Armadura Deslocamento das Escovas

12 Reação da Armadura Interpólos

13 Reação da Armadura Pólos Compensadores

14 Exemplo Gerador CC Excitação independente Uma máquina CC Shunt de 12kW, 100V, 1000rpm, tem sua resistência de armadura no valor Ra = 0,1 Ω, resistência de campo shunt Rfw = 80 Ω e Nf = 1200 espiras por pólo. A corrente nominal de campo é 1 A. A característica de magnetização a 1000rpm é mostrada abaixo. Considerando que a máquina está operando como um gerador CC com excitação independente, a 1000 rpm com corrente nominal de campo, defina: A. Desconsiderando a reação da armadura, qual a tensão nos terminais a plena carga? B. Considerando que reação da armadura representa 0,06 A da corrente de campo: i. Determine a tensão a plena carga nos terminais: ii. Determine a corrente de campo necessária para termos a tensão nos terminais igual a 100 V, quando a plena carga.

15 Exemplo Gerador CC Excitação independente

16 Solução

17 Solução

18 Exercício 1 Gerador CC Uma máquina CC (6 kw, 120V, 1200 rpm) tem as seguintes características de magnetização a 1200rpm: Os parâmetros desta máquina são, Ra = 0,2 Ω e Rfw = 100 Ω. A máquina está girando a 1200 rpm e é excitado de forma independente. A corrente de campo foi ajustada para If = 0,8 A. A resistência da carga, RL = 2 Ω, é conectada aos terminais da armadura. Desconsiderando a reação da armadura: Determine o fator K a. desta máquina; Determine Ea e Ia; Determine o torque T e a potência PL

19 Exercício 2 Repita o exercício anterior para velocidade do eixo 800 rpm.

20 Exercício 3 A máquina CC do exercício 1 tem uma resistência para controle da corrente de campo que pode variar entre 0 a 150 Ω. A máquina está girando a 1200 rpm. A máquina é utilizada com excitação independente e seu enrolamento de campo é alimentado com 120V. A. Determine os valores máximo e mínimo da tensão nos terminais a vazio; B. A resistência de controle de campo é ajustada para prover uma tensão de 120 V nos terminais a vazio. Determine o valor Rfc. Determine a tensão nos terminais a plena carga desconsiderando a reação da armadura e, em seguida, considerando com o valor de If(ar) = 0,1 A.

21 Gerador CC Auto-excitado Shunt Enrolamento de campo em paralelo com o enrolamento de armadura. Característica marcante: Consegue entregar a tensão desejada.

22 Gerador Auto-excitado Para uma máquina funcionar com a configuração de auto-excitada é necessário que exista o magnetismo residual no circuito magnético da máquina.

23 Processo de Geração Supondo que o circuito de campo esteja desconectado da armadura e começamos a girar a máquina. Devido ao magnetismo residual, uma tensão Ear será gerada nos terminais deste gerador. Se conectarmos o circuito de campo ao da armadura, a corrente irá fluir no enrolamento de campo. Se a fmm deste campo adicionar-se ao magnetismo residual, uma corrente irá fluir no enrolamento de campo (If1). Com If1, a tensão gerada passa para Ea1 (mudou a intensidade do campo magnético) e a tensão passa a Vt=If1.Rf. A tensão Ea1 irá incrementar a corrente de campo para If2. Isso ocorre até que (p/ Ra << Rf) Ea=If.Rf=Vt

24 Processo de Geração Rfs -> Resistência de campo crítica.

25 Gerador Shunt Em resumo, para o gerador auto-excitado shunt, sevemos garantir: Magnetismo residual; A fmm do enrolamento de campo deve ser adicional ao sentido do magnetismo residual (deve incrementar o campo); A resistência do enrolamento de campo deve ser menor que a resistência crítica para enrolamento de campo.

26 Exemplo Gerador Shunt Uma máquina CC é conectado como gerador autoexcitado Shunt. Suas características são: 12kW, 100V, 1000rpm, tem sua resistência de armadura no valor Ra = 0,1 Ω, resistência de campo shunt Rfw = 80 Ω e Nf = 1200 espiras por pólo. A corrente nominal de campo é 1 A. A. Determine o valor máximo da tensão gerada. B. Determine o valor da resistência de controle de campo Rfc, para gerar tensão nominal nos terminais da armadura; C. Determine o valor de resistência crítica de campo.

27 Solução Para tensão máxima nos terminais da armadura, devemos ter Rfc mínimo ou zero. Assim, Rf = 80 Ω. Desenhamos a reta de Rf = 80 Ω na curva do gerador e encontramos qual sua tensão máxima, a vazio. Da curva ao lado:

28 Solução Desenhamos uma reta onde iremos interceptar a curva para E = 100 V. Daí,

29 Solução Desenhamos uma reta pela parte linear da curva de magnetização. Assim saberemos o valor crítico da resistência de campo. Daí,

30 Gerador Shunt com Carga A tensão nos terminais da armadura Vt irá diminuir conforme a carga drena mais corrente do gerador. Essa alteração na tensão dos terminais (conhecida como regulação de tensão) é devido a queda Ra.Ia.

31 Características de Tensão x Corrente

32 Exercício 4 Uma máquina CC (10 kw, 250 V, 1000 rpm) tem Ra = 0,2 Ω e Rfw = 133 Ω. Esta máquina é auto-excitada e funciona a 1000 rpm. Os dados da curva de magnetização são os seguintes: A. Determine a tensão gerada com If = 0. B. Determine o valor crítico da resistência de campo. C. Determine o valor da resistência de controle de campo (Rfc) para uma tensão a vazio de 250 V. D. Determine o valor da tensão a vazio se o gerador roda a 800 rpm e Rfc = 0. E. Determine a velocidade que o gerador deve funcionar para uma tensão a vazio de 200 V com Rfc = 0.

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