OTA DE AULA DE COVERÃO 1 COVEÇÃO DE A Bipolo Gerador Bipolo Receptor Circuito Convencional E + - V + - E + - V + - E = tensão produzida = corrente produzida "Tensão e Corrente no mesmo sentido". = corrente recebida V = tensão manifestada "Tensão e Corrente em sentidos contrários". entido convencional da corrente EXPERÊCA DE OERTED CORRETE PRODUZ FLUXO agulha de bussola agulha de bussola E + - limalha de ferro E - + limalha de ferro REGRA DA MÃO DRETA ETDO DE CORRETE E FLUXO LHA DE FLUXO CORRETE
OTA DE AULA DE COVERÃO 2 PEÇA POLARE ATURA (MÃ) PEÇA POLAR FACE POLARE e LHA DE FLUXO LHA DE FLUXO DE PEÇA POLARE PRÓXMA ETRE FACE DE POLARDADE OPOTA LHA DE FLUXO DE PEÇA POLARE PRÓXMA ETRE FACE DE POLARDADE ÃO OPOTA. (otar o campo magnético uniforme linhas de fluxo paralelas e eqüidistantes entre si)
OTA DE AULA DE COVERÃO 3 FLUXO MAGÉTCO EM UM OLEÓDE RETO nucleo de ferro enrolamento de cobre A inversão do sentido de corrente inverte o sentido do fluxo. Regra da Mão Direita Enlaçando o enrolamento com a mão direita, os dedos indicam o sentido da corrente e o polegar indica o sentido do fluxo. ATURAÇÃO MAGÉTCA E HTEREE MAGÉTCA CURVA DE HTEREE C B res. res. res. A PEÇA UCA MAGETZADA PEÇA JÁ MAGETZADA CURVA MPLFCADA LEGEDA DA FGURA ACMA Φ FLUXO MAGÉTCO AB TRECHO LEAR Φ res MAGETMO REDUAL BC TRECHO ÃO LEAR Ι CORRETE DE EXCTAÇÃO HTEREE MAGÉTCA DFEREÇA ETRE A CURVA ACEDETE E DECEDETE ATURAÇÃO MAGÉTCA POTO C EM DATE
OTA DE AULA DE COVERÃO 4 GALVAÔMETRO DE ZERO CETRAL nstrumento habilitado para medir e indicar o sentido de corrente elétrica. + - + - + - + - - + - + Circuito sem corrente Circuitos com corrente notar o sentido da corrente e o ponteiro do galvanômetro LE DE FARADAY-LEZ LE DA DUÇÃO ELETROMAGÉTCA d FLUXO (VARAÇÃO DE FLUXO) PRODUZ TEÃO e = dt DECRÇÃO 1. face polar orte; 2. linhas de fluxo originando-se na face polar ; 3. anel condutor, em um circuito fechado por um galvanômetro de zero central; 4. o anel vai movimentar-se de baixo para cima ou de cima pra baixo, mantendo-se paralelo à face polar ;
OTA DE AULA DE COVERÃO 5 induzido resultante induzido parcial corrente induzida d indutor movimento do anel para baixo DECRÇÃO 1. movimento do anel para baixo; 2. aumenta a quantidade de fluxo indutor enlaçada pelo anel dф; 3. surge uma tensão induzida entre as extremidades do anel condutor d e = ; dt 4. surge uma corrente induzida circulando pelo anel condutor e galvanômetro; 5. surge o fluxo induzido parcial, produzido pela corrente circulante; 6. surge o fluxo induzido resultante, pela interação dos fluxos induzidos parciais ao longo do anel; restabelecendo o equilíbrio de fluxo enlaçado originalmente pelo anel condutor. induzido resultante induzido parcial corrente induzida d indutor movimento do anel para cima DECRÇÃO 1. movimento do anel para cima; 2. diminui a quantidade de fluxo indutor enlaçada pelo anel dф; 3. surge uma tensão induzida entre as extremidades do anel condutor d e = ; dt 4. surge uma corrente induzida circulando pelo anel condutor e galvanômetro; 5. surge o fluxo induzido parcial, produzido pela corrente circulante; 6. surge o fluxo induzido resultante, pela interação dos fluxos induzidos parciais ao longo do anel; restabelecendo o equilíbrio de fluxo enlaçado originalmente pelo anel condutor. LE DE FARADAY-LEZ A variação do fluxo indutor enlaçado por uma espira, provoca uma tensão induzida, que produz uma corrente induzida, que produz um fluxo induzido cujo sentido é tal que opõe-se à variação do fluxo indutor. (confirme esta afirmação nas 2 figuras anteriores).
OTA DE AULA DE COVERÃO 6 CODUTOR E MOVMETADO EM UM CAMPO MAGÉTCO UFORME l O campo magnético uniforme se caracteriza por apresentar linhas de fluxo paralelas e eqüidistantes entre si, com o mesmo sentido em qualquer posição do espaço compreendido entre as duas faces polares paralelas. O condutor está paralelo às faces polares, e perpendicular à direção do fluxo magnético Vamos representar o fluxo magnético e o condutor, cujas extremidades tocam o trilho metálico e pode deslizar para cima ou para baixo. CODUTOR EM MOVMETO PERPEDCULAR À DREÇÃO DO FLUXO DUTOR movimento de cima para baixo movimento de baixo para cima l l 1 secção transversal 2 secção transversal corrente induzida 2 corrente induzida 1 induzido parcial dx induzido parcial dx indutor induzido resultante d indutor induzido resultante d OB. Análise na nova área OB. Análise na nova área
OTA DE AULA DE COVERÃO 7 CODUTOR EM MOVMETO PARALELO À DREÇÃO DO FLUXO DUTOR l 1 l mov. 2 TO QUE FO DECRTO ATÉ AGORA É TAMBÉM CHAMADO EFETO GERADOR indutor dx Obs. movimento de 1 para 2 ou de 2 para 1 não há alteração da área enlaçada, não há variação de fluxo na área enlaçada, ( d = 0 ), logo não há tensão induzida
OTA DE AULA DE COVERÃO 8 REGRA DA MÃO DRETA PARA ETDO DE FLUXO, MOVMETO, TEÃO E CORRETE (efeito gerador) Movimento Tensão Corrente Fluxo Regra de Fleming, da mão direita, do gerador. d QUATFCAÇÃO DE e = dt (MOVMETO A DREÇÃO PERPEDCULAR AO FLUXO MAGÉTCO). B B = densidade de fluxo = = int ensidade de fluxo = B = Blx área = d(blx) e = dt = Bl dx dt = BlvVolts GRADEZA TEMA CG TEMA MK Φ = TEDADE DE FLUXO Linhas ou Maxwells Webers B = DEDADE DE FLUXO Linhas/cm 2 ou Maxwells/cm 2 Webers/m 2 l = COMPRMETO ATVO DO centímetros metros CODUTOR cm m v = VELOCDADE DO CODUTOR centímetros/segundo metros/segundo (na perpendicular ao fluxo) cm/s m/s e = tensão induzida instantânea 8 e = Bl v.10 Volts e = Blv Volts
OTA DE AULA DE COVERÃO 9 TEÃO DUZDA EM UM CODUTOR EM MOVMETO CLADO COM RELAÇÃO AO FLUXO MAGÉTCO. θ v v v movimento perpendicular ao fluxo EXEMPLO movimento paralelo ao fluxo e = Blv e = 0 movimento inclinado c/relação ao fluxo: a componente paralela ao fluxo não produz tensão... e = Blv cosθ FAÇA ETE
OTA DE AULA DE COVERÃO 10 EFETO MOTOR F Condutor na presença de um campo magnético uniforme. (vide pg. 6).Tensãoaplicada ao condutor, corrente e linhas de fluxo. nteração das linhas de fluxo e surgimento da força F A força que atua no condutor é dada por: F = Bl A regra para determinar o sentido da força F é a REGRA DA MÃO EQUERDA. istema Grandeza F B l Ι Observações MK F = Bl CG F = Bl MKgf Bl F = 9,81 Kgf ewtons d dinas kilogramaforça Weber/m 2 Maxwell/cm 2 Weber/m 2 Tesla Gauss Tesla m cm m A A A 5 1 = 10 dinas 1 Kgf = 9,81 MULTAEDADE DO EFETO GERADOR E MOTOR TRABALHO DE CLAE
OTA DE AULA DE COVERÃO 11 CODUTOR EM MOVMETO CRCULAR UFORME EM UM CAMPO MAGÉTCO UFORME Posição referencial do condutor Representação simplificada do movimento, em secção transversal 2 1 8 COMETÁRO 1. v em cada ponto é tangencial à trajetória; 2. posições 1 e 5 v é // ao fluxo: tensão induzida nula; 3. posições 3 e 7 v é ao fluxo, tensão induzida instantânea máxima; 4. posições 2, 4, 6 e 8 v é inclinada com relação ao fluxo, tensão induzida dada por e = Blv cosθ ; θ = ângulo entre v e a ao fluxo; 5. entidos das tensões obtidos com a Regra da Mão Direita. 3 4 5 6 7 FORMA DE ODA DA TEÃO DUZDA O CODUTOR, EM UM CCLO ODA EODAL TEÃO ALTERADA EODAL e 1 2 3 4 5 6 7 8 1 t
OTA DE AULA DE COVERÃO 12 DEFÇÕE 1. BOBA área aberta plana ou não, delimitada por condutor elétrico (fio elétrico isolado). 2. EPRA volta de fio. As bobinas podem ter uma ou diversas espiras, ou voltas de fio. 3. LADO ATVO DE BOBA trecho reto da bobina sujeito às linhas de fluxo. (só se define para bobinas de formas quadrada ou retangular). 4. TERMA DA BOBA as 2 extremidades livres. DVERA FORMA DE BOBA (representação plana) terminais DETALHE MPORTATE As espiras se superpõem, estão em contato mecânico mas não há contato elétrico entre elas. (fio isolado). Bobina com 2 espiras ou bobina dupla Bobina com 3 espiras ou bobina tripla Lados de bobina compostos por 1 condutor Lados de bobina compostos por 2 condutores
OTA DE AULA DE COVERÃO 13 ALTERADOR ELEMETAR movimento A bobina, dotada dos anéis metálicos denominados AÉ COLETORE em seus terminais, gira num campo magnético uniforme. anel coletor escova de grafite (carvão) As escovas de grafite (carvão), em contato com os anéis coletores, retiraram a tensão alternada senoidal produzida pela bobina e a entregam ao consumidor. consumidor experimentando tensão alternada senoidal GERADOR ELEMETAR DE CORRETE COTÍUA tecla de cobre movimento A bobina, dotada do COLETOR OU COMUTADOR em seus terminais, gira num campo magnético uniforme. coletor ou comutador isolante consumidor recebendo corrente continua escova de grafite As escovas de grafite (carvão), em contato com as teclas do coletor, retiraram a tensão continua pulsativa e a entregam ao consumidor. A bobina produz tensão alternada senoidal mas o coletor proporciona a RETFCAÇÃO ELETROMECACA DA TEÃO.
OTA DE AULA DE COVERÃO 14 A TEÃO EXPERMETADA PELO COUMDOR EM UM CCLO ERÁ UMA TEÃO COTUA PULATVA:
OTA DE AULA DE COVERÃO 15 FORMA DE ODA REULTATE O COUMDOR: Para uma bobina Para duas bobinas Para 3 bobinas FAÇAM VOCÊ... e e t t COCLUÃO AUMETADO A QUATDADE DE BOBA, REDUZ CADA VEZ MA A PULATVDADE, TEDEDO A REULTAR UMA RETA TEÃO COTUA E COTATE PARA O COUMDOR... MA, OBERVA-E QUE EM QUALQUER TATE, O COUMDOR ETARÁ COECTADO E ALMETADO POR OU UMA OU DUA BOBA, ETADO A DEMA BOBA EXTETE PRODUZDO TEÃO E ÃO E APROVETADO A TEÃO DELA... MOTRADO- E AT-ECOÔMCO EM TERMO DE GATO DE COBRE X TEÃO DUZDA APROVETÁVEL. ETE EROLAMETO ERVU ETÃO PARA DEMOTRAR O PRCPO DA RETFCAÇÃO ELETROMECÂCA DA TEÃO ALTERADA DUZDA EM UMA BOBA.
OTA DE AULA DE COVERÃO 16 EROLAMETO EM AEL DE GRAMME. É UM EROLAMETO REALZADO OBRE UM CLDRO OCO DE FERRO FUDDO OU LAMADO, EDO QUE UM LADO DE UMA BOBA ETÁ TUADO A PARTE EXTERA DO CLDRO, E O OUTRO LADO DEA MEMA BOBA ETÁ TUADO A PARTE TERA DO CLDRO. tecla eixo coletor PARA REALZAR O ETUDO DO COMPORTAMETO ELÉTRCO, VAMO REPREETAR O EROLAMETO EM ECÇÃO TRAVERAL. COM 2 POLO COM 4 POLO rotação rotação
OTA DE AULA DE COVERÃO 17 EROLAMETO EM AEL DE GRAMME COM 2 POLO E 12 BOBA rotação
OTA DE AULA DE COVERÃO 18 EROLAMETO EM AEL DE GRAMME COM 4 POLO E 12 BOBA rotação
OTA DE AULA DE COVERÃO 19 CODERAÇÕE OBRE O EROLAMETO EM AEL DE GRAMME P pólos; n bobinas. CRCUTO: seqüência de bobinas induzidas ligadas em série, separadas por bobinas não induzidas. (as bobinas não induzidas também fazem parte dos circuitos). ÚMERO DE TECLA O COLETOR:- n ÚMERO DE BOBA ÃO DUZDA: P (pelo menos). ÚMERO DE CRCUTO: P. ÚMERO DE ECOVA P, sendo P/2 positivas e P/2 negativas. ÚMERO DE BOBA EM CADA CRCUTO:- n/p FORMA DE LGAÇÃO DO CRCUTO ETRE em paralelo CÁLCULO DE TEÃO, CORRETE, POTÊCA, REDMETO ELÉTRCO: 1. Tensão média induzida por lado de bobina (condutor): e m = P P 60 k V P = fluxo por pólo Maxwell ou Linhas (CG) Weber (MK) = rotação (rpm) k = 10-8 p/ CG k = 1 p/ MK 2. Tensão bruta produzida por cada circuito = tensão bruta produzida pela máquina:- E = n e P m V 2.1. ntroduzindo a idéia de bobinas com 2, 3 ou mais espiras: (m espiras ou voltas de fio) bobina com uma espira bobina com duas espiras bobina com três espias bobina simples bobina dupla bobina tripla E = mn P e m V
OTA DE AULA DE COVERÃO 20 EXERCCO TPO DEFÇÃO DE EXPREÕE PARA CÁLCULO DE TEÃO, CORRETE, POTÊCA, PERDA E REDMETO DO GERADOR COM EROLAMETO EM AEL DE GRAMME.. Um gerador de 4 polos com enrolamento em anel de Gramme tem 160 bobinas duplas com resistência de 0,18 Ω cada uma. A corrente máxima suportada pelo fio usado é de 15 A. O fluxo por pólo é de 8.10 6 maxwell e a rotação é de 1200 rpm. Estabelecer as expressões e calcular todos os itens para carga máxima. ( i máx = i nom = máximo valor de corrente que a máquina pode fornecer). EXERCÍCO Enrolamento em anel de Gramme ) 1 Analisar o comportamento de um gerador de CC com enrolamento em anel de Gramme, cujo induzido com 160 bobinas duplas, R b = 0,1Ω, passa de uma carcaça de 2 polos, para outra carcaça de 4 polos, para outra carcaça de 6 polos e finalmente para outra carcaça de 8 polos, porém mantendo em cada caso o valor do fluxo total nas máquinas igual a 30 x 10 6 linhas. (Φ T = PΦ P ). Assumir a rotação = 1200 rpm e C = 10 A. (corrente máxima admitida pelo fio). Usar a tabela abaixo para ordenar os resultados. e m tem 2 polos 4 polos 6 polos 8 polos V E R i i V t P U P T P D V Ω A V W W W η el n/p 2 - Obter as curvas V t x i ; P t x i ; e η el x i de um gerador com enrolamento em anel de Gramme, dotado de 6 polos, 120 bobinas simples, que apresenta 220V de tensão terminal em vazio e 200V de tensão terminal a plena carga. (máxima corrente de induzido). R i = 0,04Ω e = 1200 rpm. Para as curvas, obter os valores para maquina em vazio, a 20%, 40%, 60%, 80% e 100% de carga. (% da corrente do induzido). Calcule os valores de e m e Φ P. Caso falte algum dado, dê a resposta em função de.
OTA DE AULA DE COVERÃO 21 OUTRO TPO DE EROLAMETO EROLAMETO EM AEL DE GRAMME EROLAMETO EM TAMBOR MBRCADO ODULADO
OTA DE AULA DE COVERÃO 22 PRODUÇÃO DO FLUXO MAGÉTCO (excitação) A MÁQUA DE CORRETE COTUA. O FLUXO MAGÉTCO (excitação) ERÁ PRODUZDO POR UMA CORRETE QUE CRCULA PELA BOBA TUADA O POLO DA MÁQUA. ETA CORRETE E CHAMA CORRETE DE EXCTAÇÃO. Reveja a figura BOBA DE CAMPO HUT OU BOBA DE EXCTAÇÃO HUT PARTE DE UMA MÁQUA DE CORRETE COTUA o Muitas espiras de fio fino o Resistência ôhmica alta o Corrente de excitação baixa BOBA DE CAMPO ÉRE OU BOBA DE EXCTAÇÃO ÉRE o Poucas espiras de fio grosso o Resistência ôhmica baixa o Corrente de excitação alta (comparação válida para mesma máquina ou máquinas de mesmo porte). GERADOR HUT: tem as bobinas HUT nos pólos; GERADOR ÉRE: tem as bobinas ÉRE nos pólos; GERADOR MTO: tem as bobinas HUT e ERE nos pólos. TPO DE EXCTAÇÃO DO GERADORE DE CORRETE COTUA 1. EXCTAÇÃO DEPEDETE:- uma fonte externa independente alimenta as bobinas de campo; 2. EXCTAÇÃO DEPEDETE ou EXCTAÇÃO PRÓPRA ou AUTO EXCTAÇÃO:- não há fonte externa, o próprio gerador alimenta as bobinas de campo.
OTA DE AULA DE COVERÃO 23 DAGRAMA ELÉTRCO DO TPO DE EXCTAÇÃO: 1. EXCTAÇÃO DEPEDETE C A + - R i AB terminais do induzido terminais para carga CD terminais do conjunto das bobinas de campo shunt ou série R resistência ôhmica do induzido i bobinas shunt ou série D B 2. AUTO EXCTAÇÃO 2.1. AUTO EXCTAÇÃO HUT (GERADOR HUT AUTO EXCTADO) A C resistência de controle G AB terminais do induzido. CD terminais do conjunto das bobinas de campo shunt, em série com um resistor de controle. O conjunto será chamado de CAMPO HUT. GH terminais para a carga. R i bobinas shunt Rsh R H = R sh = resistência ôhmica do campo shunt R i = resistência ôhmica do induzido B D H
OTA DE AULA DE COVERÃO 24 2.2. AUTO EXCTAÇÃO ÉRE (GERADOR ÉRE AUTO EXCTADO) A E R i R D R' AB terminais do induzido. EF terminais do conjunto das bobinas de campo série, em paralelo com um resistor de controle. F G O conjunto será chamado de CAMPO ÉRE. O resistor de controle em paralelo será chamado de DERVADOR ou DEVADOR. R D ou R d ). GH terminais para a carga.!! R s = R = resistência ôhmica do conjunto das bobinas de campo série. B H! R.R D R s = R = = resistência ôhmica do! R + R D campo série quando derivador ligado. R i = resistência ôhmica do induzido 2.3. AUTO EXCTAÇÃO MTA (GERADOR MTO AUTO EXCTADO) 2.3.1. GERADOR MTO AUTO EXCTADO EM HUT CURTO COMPLETE A OMECLATURA: A B R i C D E R sh R D R' F H G AB: CD: EF: GH:! R : R : R H : R i: R D =
OTA DE AULA DE COVERÃO 25 2.3.2. GERADOR MTO AUTO EXCTADO EM HUT LOGO COMPLETE A OMECLATURA: A R i E R D R' F C G R sh AB: CD: EF: GH: R :! R : R H : R i: R D = B D H
OTA DE AULA DE COVERÃO 26 CARACTERÍTCA MAGÉTCA E ROTACOAL DE GERADORE DE CORRETE COTUA Revendo dados da página 3 OLEÓDE RETO PEÇA UCA ATE MAGETZADA PEÇA JÁ MAGETZADA UMA VEZ CURVA MPLFCADA nucleo de ferro B C enrolamento de cobre res. res. res. A O POLO DA MÁQUA DE CORRETE COTÍUA E COMPORTAM COMO O OLEÓDE RETO DECRTO A CORRETE DE EXCTAÇÃO QUE ATRAVEA O EROLAMETO ERÁ GRAFADA: o exc = EXC = e = E de um modo geral o sh = H CORRETE DE EXCTAÇÃO HUT o s = CORRETE DE EXCTAÇÃO ÉRE Existem outras notações O FLUXO MAGÉTCO PRODUZDO É REULTADO DA FORÇA MAGETO MOTRZ (FMM), (unidade Ae = ampéres espiras) PRODUZDA PELA BOBA ATRAVEADA PELA CORRETE DE EXCTAÇÃO. FMM FORÇA MAGETO MOTRZ ni ampères espiras = = = = pesquisar unidades... R RELUTÂCA MAGÉTCA R??? O POLO CODUZEM E COCETRAM A LHA DE FORÇA DO FLUXO MAGÉTCO. A CARCAÇA DA MÁQUA COMPLETA O CRCUTO MAGÉTCO.
OTA DE AULA DE COVERÃO 27 EXEMPLO DE CRCUTO MAGÉTCO VÃO DETALHADA, MÁQUA COM 2 POLO e carcaça bobinas de excitação fluxo enteferro região do entrepolo eixo e sapata polar núcleo polar Máquina com 2 polos VÃO MPLFCADA Máquina com 4 polos rotação rotação
OTA DE AULA DE COVERÃO 28 O FLUXO MAGÉTCO É FUÇÃO DA CORRETE DE EXCTAÇÃO, UMA VEZ QUE PARA UMA DETERMADA MÁQUA, A RELUTÂCA MAGÉTCA PERMAECERÁ COTATE. = K 2 exc (Maxwell ou Weber) DO GERADORE COM EROLAMETO EM AEL DE GRAMME: e m P P = k 60 V E mn = e P m V REULTA: TEÃO BRUTA PRODUZDA E E mn PP = k V onde P fluxo total P 60 P = = PARA UMA DETERMADA MÁQUA: o m, n, P serão constantes o k será escolhido o e serão variáveis E = K REULTA: EQUAÇÃO DA TEÃO BRUTA PRODUZDA POR UM GERADOR DE CORRETE COTUA, EM VAZO. (EM CARGA).
OTA DE AULA DE COVERÃO 29 CARACTERÍTCA MAGÉTCA E ROTACOAL DE GERADORE DE CORRETE COTÍUA. ão obtidas com o gerador montado na configuração EXCTAÇÃO DEPEDETE. C A + - R i bobinas shunt ou série D B E = K = K 2 exc CARACTERÍTCA MAGÉTCA constante E = K1 = K1K2exc = K3exc E = K3exc Variação da tensão bruta produzida pelo gerador em vazio, com rotação constante, em função da variação da corrente de excitação. E = K CARACTERÍTCA ROTACOAL constante (através de exc constante) E = K4 Variação da tensão bruta produzida pelo gerador em vazio, com fluxo constante através de corrente de excitação constante, em função da variação da rotação.
OTA DE AULA DE COVERÃO 30 CARACTERTCA MAGÉTCA DO GERADORE DE CORRETE COTUA Ε Ε res. exc nominal CURVA COMPLETA notar: curva ascendente curva descendente histerese magnética saturação magnérica exc
OTA DE AULA DE COVERÃO 31 CURVA MPLFCADA:- Despreza-se a Histerese Magnética Ε Curva simplificada completa B C exc nominal AB trecho linear BC trecho não linear C em diante - saturação magnética Ε res. A exc Ε C Curva simplificada sem saturar (atinge o inicio da saturação) B exc nominal Ε res. A exc Ε Curva simplificada só com trecho linear B exc nominal Ε res. A exc
OTA DE AULA DE COVERÃO 32 CARACTERÍTCA ROTACOAL (variação linear) E