Geradores de Corrente Contínua:

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1 p. 1/23 Geradores de Corrente Contínua: N A tensão induzida em cada condutor da armadura é dada por:: e ind = vbl S ω S A tensão total da armadura é dada por: ( ) Z ( ) Z N E a = a vbl = a ωrbl Calculando a densidade do fluxo magnético como: B = φ φ = ( ) A pólo 2πrl P Tem-se então: r ( ZP ) l E a = 2πa φω = Kφω

2 p. 2/23 Formas de excitação: I F R F I A R A I L V F N F (excitação independente) V t I a corrente da armadura I f corrente do campo shunt I s corrente do campo série I L corrente da carga

3 I F I A I L R F R A V F N F V t (excitação shunt) I A R A I L I S N S V t (excitação série) p. 3/23

4 p. 4/23 I A R A N S I L I F I S N F V t (excitação composto curto) I A R A N S I L I S I F N F V t (excitação composto longo)

5 p. 5/23 Excitação composta: Campo Shunt Campo Shunt Campo Serie Campo Serie Φ serie Φ shunt (composto aditivo ou cumulativo) Φ serie Φ shunt (composto subtrativo ou diferencial)

6 p. 6/23 erador CC com excitação independente: I F R aj R F I A V esc R A R I R C I L V F N F V t CARGA Circuito de campo: V f = ( R aj R f ) If Circuito de armadura: I a = I L Fmm = N f I f V t = E a (R a R i R c ) I a V esc E a = kφω

7 p. 7/23 Característica de magnetização: Φ ω (constante) Φ N S I F Ea = Vt vazio If (A) E a φ ω (constante) ω constante. If (A)

8 p. 8/23 Ea = Vt vazio ω 3 Para I f = I f0 (= cte) tem-se que φ = φ 0 (= cte): p/ω = ω 1 E a1 = kφ 0 ω 1 ω 2 ω 1 p/ω = ω 2 E a2 = kφ 0 ω 2 De onde tira-se: ω 1 < ω 2 < ω 3 If = cte If (A) E a1 E a2 = kφ 0ω 1 kφ 0 ω 2 Que finalmente pode ser escrito: E a1 E a2 = ω 1 ω 2

9 p. 9/23 Característica terminal: Hipóteses iniciais: 1. Gerador CC opera com velocidade (ω) e fluxo (φ) constantes; V T 2. Quedas de tensão em R i e R c são desprezíveis. V T1 R A I A I a = I L e, V t = Ea (R a I L ) I A1 I L = I A

10 p. 10/23 Contudo a REAÇÃO DA ARMADURA enfraquece o fluxo polar; O enfraquecimento de φ diminui a amplitude da tensão induzida E a. V t = Ea (R a I L ) V T R A I A V T1 reacao, ~ da armadura I A1 I L = I A

11 p. 11/23 Para a gerador operando com reação da armadura a Força Magnetomotriz produzida nos pólos deve ser corrigida como se segue: N f I f = N fi f Fmm onde If é uma corrente de campo fictícia que é responsável por criar o fluxo φ que induz a nova tensão E a. A regulação de tensão pode ser definida por: ( Vtvazio V tplena carga) ρ v (%) = onde ω é constante. V tplena carga 100

12 p. 12/23 Gerador CC shunt: I F R aj I A R A I L V F R F N F V t CARGA Circuito de campo: Circuito de armadura: V f = V t I a = I L I f V t = ( R aj R f ) If V t = E a R a I a Fmm = N f I f E a = kφω

13 p. 13/23 O processo de autoexcitação: Ea = Vt vazio circuito de campo ω 1 circuito da armadura (Ea) A tensão de operação a vazio é obtida resolvendo o sistema: V t = ( R aj R f ) If V t = E a R a I a ou, Ea RESIDUAL V t = ( R aj R f ) If If (A) E a = V t R a I a

14 p. 14/23 Motivos que impedem a autoexcitação do gerador shunt: 1. Ausência de magnetismo residual (E ares = 0); 2. Circuito de campo aberto (I f = 0); 3. Circuito de armadura aberto ou mau contato entre as escovas ( V esc = E ares ) 4. Resistência de campo (R f ) maior que o valor crítico (R ). fcrítico Rf 4 Rf C Rf 3 Rf 2 Vt Rf 1 ω 1 Ea RESIDUAL If (A)

15 p. 15/23 A velocidade de rotação do gerador shunt também pode influenciar sua auto-excitação. A figura abaixo mostra como a curva característica e a resistência crítica variam com ω. Rfc 1 Rfc 2 Rf Vt Rfc 3 ω 1 ω 2 ω 3 Ea RESIDUAL If (A) ω 1 > ω 2 > ω 3

16 p. 16/23 Característica terminal: A característica terminal do gerador shunt é influenciada pela a tensão de terminal que é a própria mesma tensão usada na alimentação do campo. 1. A medida que a carga consome corrente mais corrente (I L ) a corrente de armadura do gerador (I a ) também aumenta; 2. O efeito da REAÇÃO da ARMADURA e a queda de tensão em R a I a reduzem a tensão terminal V t do gerador; 3. A diminuição da tensão terminal V t por sua vez enfraquece o fluxo da máquina devido a redução de I f. I a = I L V t = Ea (R a I L ) I f = V t ( Raj R f ) Desse modo E a diminui devido a reação da armadura e devido a diminuição de I f.

17 p. 17/23 V T R A I A V T1 reacao, ~ da armadura diminuicao, ~ da corrente If I A1 I L = I A

18 p. 18/23 Gerador CC série: I A R A I S R F N F I L Campo serie V t CARGA Circuito de campo: I s = I a = I L Fmm s = N s I s Circuito de armadura: V t = E a (R a R s ) I a E a = kφω Fmm RES = N s I s Fmm AR onde Fmm AR é a força magnetomotriz de reação da armadura.

19 p. 19/23 Característica terminal: Vt ω 1 (Ra Rs) Is Ea RESIDUAL Area de operacao, ~ do gerador serie IL (A)

20 p. 20/23 Gerador CC composto: I A R A I S R S N S I L Campo serie Campo shunt I F R F N F V t CARGA (composto longo) Circuito de campo: Circuito de armadura: V f = V t V t = ( ) I a = I L I f R aj R f If I a = I s Fmm f = N f I f V t = E a (R a R s ) I a Fmm s = N s I s E a = kφω Fmm RES = N f I f ± N s I s Fmm AR

21 p. 21/23 I S R S N S I L Campo shunt I F R F N F I A R A Campo serie V t CARGA (composto curto) Circuito de campo: Circuito de armadura: V f = V t R a I a V t = ( ) I a = I L I f R aj R f If I L = I s Fmm f = N f I f V t = E a (R a R s ) I a Fmm s = N s I s E a = kφω Fmm RES = N f I f ± N s I s Fmm AR

22 p. 22/23 Característica terminal: V T HIPERcomposto Composto PLANO (normal) Composto diferencial HIPOcomposto Shunt I N I L

23 p. 23/23 R d I d I A R A R S N S I S R F I F N F 1. Variando R d pode-se controlar I S e assim variar a Fmm S produzida no campo série; 2. Variando R aj pode-se controlar I F e assim variar a Fmm F produzida no campo shunt.

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