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apostila sandra silva maquinas eletricas

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CAPITULO 1
GERACAO DE CORRENTE CONTINUA (CC)
1.1 – PARTES COMPONENTES
 Agora ira estudar os reais componentes e a sua construção. Existem vários componentes essenciais ao funcionamento de um gerador completo. Quando você aprender a reconhecer estes componentes e ficar familiarizado com as suas funções, concluirá que estas informações são uteis na reparação e manutenção dos geradores.
 A relação entre os diversos componentes que constituem o gerador e mostrada na figura 1.1. Para montar o gerador, as bobinas de campo são colocadas no estator e uma tampa (não mostrada) e parafusada a carcaça. Depois disso, a armadura e introduzida entre os polos e a tampa e, por fim, o jogo de escovas e montado. Estas pecas serão descritas minuciosamente nas próximas paginas. A montagem e a desmontagem dos
geradores variam com o tamanho, tipo e fabricante, mas o método mais comum e ilustrado
na (figura 1.1).
1.1.1 - Carcaça: e a parte da maquina que suporta todos os outros componentes. Também serve para completar o circuito magnético entre as pecas polares e da forma a maquina.
1.1.2 - Tampas: são aparafusadas as extremidades da carcaça e contem os mancais para a armadura. A tampa de trás suporta somente o mancal, enquanto que a tampa da frente suporta também o jogo de escovas e fecha a maquina.
1.1.3 - Mancais: e a parte da maquina que tem a função de reduzir o atrito entre o eixo e as tampas.
1.1.4 - Armadura: praticamente, em todos os geradores de C C a armadura gira entre os polos do estator. A armadura e constituída pelas seguintes partes: eixo, núcleo, enrolamento e comutador.
 O núcleo e laminado e apresenta ranhuras onde são colocadas as espiras do enrolamento.
 As bobinas do enrolamento são, geralmente, pré-fabricadas em formas especiais e depois colocadas nas ranhuras do núcleo. O comutador e feito de laminas de cobre,isoladas entre si e também do eixo com o emprego de mica, as laminas são presas por meio de anéis, para evitar que deslizem sob a ação da forca centrifuga. e apresentam pequenas ranhuras nas extremidades, onde são soldados os fios do enrolamento. O eixo suporta todo o conjunto e gira apoiado nos mancais existentes nas tampas.
 Ha um pequeno entreferro entre a armadura e as pecas polares, para evitar atrito entre elas, durante o funcionamento da maquina. Este espaço de ar e reduzido ao mínimo, para manter elevada a intensidade do campo magnético.
1.1.5 - Pecas polares: são constituídas por muitas chapas finas de aço ou “laminas” montadas juntas e aparafusadas a carcaça. As pecas polares servem de suporte para as bobinas de campo e são projetadas para produzir um campo magnético concentrado.
 A laminação das pecas polares reduz as correntes parasitas, que você estudara mais tarde.
1.1.6 - Enrolamento de campo: este enrolamento, quando montado nas pecas polares, forma eletroímãs que produzem o campo magnético necessário para o funcionamento do gerador.
 O conjunto dos enrolamentos e pecas polares e geralmente chamado de campo.
 Os enrolamentos de campo são bobinas de fio isolado, enroladas de maneira a caber exatamente em torno das pecas polares. A corrente que passa nessas bobinas gera o campo magnético. Um gerador pode ter apenas dois polos ou grande numero de pares de polos. Em qualquer destes casos, os polos adjacentes são sempre de polaridades opostas.
 Os enrolamentos de campo podem ser ligados em serie ou em paralelo (“s h u n t”). Os enrolamentos de campo em paralelo consistem em muitas espiras de fio fino, enquanto que o enrolamento de campo serie são feitos com um numero menor de espiras de fio relativamente grosso.
1.1.7 - Escovas: deslizam sobre o comutador e transferem a tensão gerada para a carga. As escovas são feitas comumente de carvão de boa qualidade e são montadas nos porta escovas. Elas podem se mover para cima e para baixo nos porta escovas, para que possam seguir as irregularidades na superfície do comutador. Um condutor trancado flexível, conhecido como “rabicho”, liga as escovas ao circuito externo. A pressão correta das escovas e exercida sobre o comutador por meio de molas e não deve exceder 1,5 a 2 libras por polegada quadrada sobre a area de contato das escovas.
Composição das escovas:
Carvão: usado em maquinas de pequena potencia e baixa velocidade.
Carvão e grafite: usado em maquinas de media e grande potencia e alta velocidade.
Carvão e metal: usado em maquinas de baixa tensão e correntes levadas.
1.1.8 - Porta escovas: esta e uma peca de material isolante que suporta as escovas e seus fios de ligação. Os porta escovas são presos a tampa da frente por meio de grampos. Em alguns geradores, os porta escovas podem ser girados em torno do eixo, para ajustagem.
1.1.9 - Comutador: sua função e transformar a corrente alternada produzida no interior do gerador, em corrente continua. Essa ação e denominada comutação.
 A tensão e o numero de polos no gerador determinam o numero de segmentos
no comutador. A fim de evitar rompimento por campos elevados entre os segmentos,os geradores são projetados de maneira que a tensão não exceda 15 volts entre segmentos adjacentes.
 Dessa forma, um gerador de tensão alta requer mais segmento no comutador doque um gerador de tensão baixa. Em virtude de as escovas terem que deslizar pela face externa do comutador, obtem-se melhor contato entre as escovas e os segmentos,menor centelhamento e ruído montando-se as folhas de mica que separam os segmentos de
1/64 da polegada abaixo da superfície do comutador.
 As figuras 1.2, 1.3 e 1.4, mostram um gerador de C C típico e um gerador elementar. As legendas indicam as partes principais. Identifique cada uma das partes e suas funções as partes correspondentes do gerador elementar.
 De acordo com o anexo A , pagina A1, você sabe que uma corrente pode ser induzida em um condutor quando ele corta um campo magnético; ha indução de corrente no mesmo. Uma peca metálica maciça com seção transversal de grande área oferece pequena resistência a corrente elétrica, e como resultado estabelece uma corrente de grande intensidade na mesma, denominada corrente parasita ou corrente de Foucault.
 Como os condutores usados em motores e geradores são enrolados em torno de núcleo metálicos, ha indução de correntes parasitas nos mesmos, da mesma maneira que a corrente útil e induzida nos condutores do gerador.
 As correntes parasitas nos núcleos das maquinas girantes são prejudicais, porque não tem utilidade e apenas aquecem os núcleos metálicos. Em consequência, as maquinas funcionam com baixo rendimento.
 E importante manter as correntes parasitas com o mínimo de intensidade. Isto e conseguido com o uso de núcleo laminados, isto e, construídos com chapas finas de metal,em lugar de pecas maciças. As laminas são isoladas entre si, limitando as correntes parasitas ao valor que pode circular em cada lamina.
 
1.1.10 - Tipos de armaduras
 As armaduras usadas nos geradores de C C são de dois tipos gerais: de anel e de tambor. No tipo de anel, as bobinas isoladas são enroladas em torno de um cilindro oco de ferro. A intervalos regulares são tiradas derivações para as laminas do comutador.
 Este tipo de armadura foi usado nos projetos primitivos de maquinas elétricas girantes e e raramente usado hoje em dia. A figura 1.5 mostra os dois tipos de armadura.
 A armadura tipo tambor e agora o tipo padrão. As bobinas isoladas são introduzidas em ranhuras do núcleo cilíndrico e suas extremidades são interligadas.
 Em geral, as armaduras de C C usam bobinas pré-fabricadas. Estas bobinas são enroladas a maquina, com forma e numero de espiras apropriado. A bobina completa e recoberta com fita isolante e colocada nas ranhuras da armadura como uma unidade.
 Esta colocação e feita de tal maneira que, em um dado instante, os dois lados da bobina acham-se sob polos de nomes diferentes. Em uma maquina de dois polos, os lados de uma mesma bobina ficam situados em pontos opostos do núcleo e, portanto, ficam sob polos opostos. Os lados deuma bobina, em uma maquina de quatro polos, são colocados em ranhuras situadas a uma distancia igual a um quarto de rotação, e, assim, também ficam sob polos de nomes opostos. figura 1.6, mostra a colocação das bobinas.
1.1.11 - Tipos de enrolamento da armadura
 As armaduras tipo tambor podem receber dois tipos de enrolamentos: Imbricado e Ondulado, de acordo com a figura 1.7.
 O enrolamento imbricado e usado em aplicações em que as correntes são intensas; ele proporciona muitos caminhos em paralelo na armadura. Como resultado, ha um grande numero de polos e um numero igual de escovas.
 O enrolamento ondulado e usado para aplicações em que as tensões são elevadas.
 Ele oferece somente dois caminhos para a corrente, e normalmente são necessárias apenas duas escovas, qualquer que seja o numero de polos.
A única diferença entre os dois tipos de enrolamentos e o método usado para ligar os elementos (lados de bobina) dos mesmos . Os desenhos da figura 1.7 mostram a diferença essencial entre os enrolamentos imbricado e ondulado. Em ambos os casos, AB e ligado a CD, que esta sob o polo adjacente. No enrolamento imbricado, CD e ligado de volta a EF, que se acha sob o mesmo polo AB. No enrolamento ondulado, CD é ligado adiante, a EF, que esta sob um polo, distante do polo AB. Portanto, a diferença essencial e que no enrolamento ondulado as conexões são feitas para adiante, de modo que cada enrolamento passa sob todos os polos antes de regressar ao polo inicial.
1.2 – PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
 Sabemos que a eletricidade pode ser gerada quando um condutor corta um campo magnético. Este e essencialmente o principio de funcionamento de qualquer gerador, do menor aos gigantes que produzem quilowatts de potencia. Assim para entender o funcionamento dos geradores práticos, podemos estudar um gerador elementar constituído por um condutor e um campo magnético, para ver como ele produz eletricidade em forma utilizável. Compreendendo o funcionamento do gerador básico,você não tera dificuldade em seguir o seu desenvolvimento ate ao gerador pratico. A figura 1.8 mostra um gerador básico e um gerador pratico respectivamente.
Fig. 1.8 – Gerador básico e gerador pratico.
1.2.1 - Construção do gerador elementar
Um gerador elementar consiste de uma espira de fio disposta de tal modo que pode ser girada em um campo estacionário. Este movimento causa a indução de uma corrente na espira. Para ligar a espira a um circuito externo que aproveita a f e m induzida, são usados contatos deslizantes, de acordo com a figura 1.9.
 Os polos norte e sul do ima, que proporciona o campo magnético, são as pecas polares.
 A espira de fio que gira dentro do campo e chamada de armadura ou induzido.
 As extremidades da espira são ligadas os anéis coletores, que giram com a armadura.
 As escovas fazem contato com os anéis coletores e transferem para circuito externo toda eletricidade gerada na armadura, mostrado também na figura 1.9. 
 1.2.2 – Descrição do principio de funcionamento
 Na descrição do funcionamento do gerador, nas paginas seguintes, imaginem que a espira gira dentro do campo magnético. A medida que os lados da espira cortam as linhas de forca do campo, eles geram uma FEM que produz uma corrente com zero central e resistor de carga, tudo Ligado em serie. A f e m induzida que e gerada na espira,e portanto a corrente produzida, depende da posição da espira em relação ao campo magnético. Analisemos agora a ação da espira em seu movimento de rotação no campo. A figura 1.10, mostra um diagrama em bloco do funcionamento de um gerador C C.
1.2.3 – Lei de F a r a d a y - “Sempre que houver um movimento relativo entre um condutor e um campo magnético, será induzida, no condutor, uma FEM”.
1.2.4 – Funcionamento do gerador elementar
Eis como funciona o gerador elementar. Imagine que a espira (armadura) esta girando da esquerda para a direita e que A e a sua posição inicial (zero grau). Na posição A, o plano. da espira e perpendicular ao campo magnético e seus condutores brancos e preto se deslocam paralelamente ao campo magnético. Observe sempre a ilustração na figura 1.11.
 Quando um condutor se move paralelamente a um campo magnético, ele não corta as linhas de forca do campo e, portanto, não pode ser gerada f e m no condutor. Isto se aplica aos condutores da espira, quando estão na posição A; não ha f e m induzida e, portanto, não ha corrente no circuito.
 A leitura do medidor de intensidade de corrente e zero. A medida que a espira se desloca da posição A para a posição B, os condutores cortam um numero cada vez maior de linhas de forca, ate que, a 90o (posição B), eles estão cortando o numero Maximo de linhas.
 Em outras palavras, entre 0 e 90o a f e m induzida nos condutores cresce de zero ate o valor Máximo. Observe que, de 0 a 90o, o condutor preto se desloca para baixo enquanto que o condutor branco se desloca para cima.
 Portanto, as forcas eletromotrizes induzidas nos dois condutores estão em serie e se somam. A tensão resultante entre as escovas (tensão entre os terminais) e igual ao dobro da f e m em um condutor, porque a forca eletromotriz nos dois condutores tem valores iguais.
 A corrente no circuito varia da mesma maneira que a f e m induzida - e igual a zero na posição de zero grau e cresce ate um Maximo a 90 graus. O ponteiro do medidor de corrente sofre deflexão para a direita entre as posições A e B, indicando que a corrente na carga esta passando no sentido mostrado.
 O sentido da corrente e a polaridade da f e m induzida dependem do sentido do
campo magnético e do sentido de rotação da armadura. A forma de onda mostra a variação da tensão nos terminais do gerador elementar desde a posição A ate a posição B.
 O desenho simplificado, a direita da figura 1.11, ilustra o gerador em outra posição, para evidenciar a relação que existe entre a posição da espira e a forma de onda gerada.
Fig. 1.11
Com a continuação do movimento da espira, da posição B (90 graus) ate a posição (180 graus), os condutores que estavam cortando um numero Máximo de linhas de forca na posição B passam a cortar um numero cada vez menor, ate que, na posição C, eles novamente se deslocam paralelamente ao campo magnético e não mais cortam linhas de forca. Consequentemente, a f e m induzida decresce de 90 a 180 graus, da mesma maneira como cresceu de zero a 90 graus. A Fig. 1.12 - ilustra a ação do gerador nas posições B e C.
 De zero ate 180 gruas, o sentido do movimento dos condutores da espira no campo magnético não se alterou, e, portanto, a polaridade da f e m induzida também não se alterou. Quando a espira ultrapassa a posição de 180 graus e retorna a posição A, o sentido do movimento dos condutores em relação ao campo e invertido. Agora, o condutor preto se move para cima e o condutor branco para baixo. Como resultado, a
polaridade da f e m induzida e o sentido da corrente também são invertidos.
 Da posição C, passando por D e ate a posição A, a corrente tem sentido oposto ao que tinha da posição A ate a posição C. A tensão nos terminais do gerador será igual a que foi produzida de A ate C, porem com polaridade invertida. A forma de onda da tensão de saída corresponde a rotação completa da espira e mostrada na Fig. 1.13.
1.2.5 - Saída do gerador elementar
 Por um momento, observe e estude melhor a forma de onda da saída do gerador elementar.
 Uma tensão continua pode ser representada por uma linha reta, cuja distancia acima da
posição zero de referencia depende do seu valor.
 A figura 1.14, mostra o diagrama de uma tensão continua ao lado da forma de onda da tensão do gerador elementar de C. A. Podemos observar que o valor e o sentido das formas de onda geradas não são constantes como acontece com a C C.
 Na realidade, a curva gerada varia constantemente de valor e toma valores positivos e negativos. Portanto, a tensão gerada não e continua, pois uma tensão continua e
definida como uma tensão que sempre tem a mesma polaridade.
 A tensão gerada e chamada tensão alternada,porque seus valores são
alternadamente positivos e negativos; e este tipo de tensão que se obtém das tomadas elétricas nas paredes. Portanto, a corrente que ela produz também e alternada.
 A corrente alternada esta sempre associada a uma tensão alternada. – uma tensão alternada sempre origina uma corrente alternada. ( ver figura 1.15 ).
1.2.7 - Conversão de C A em C C por meio de uma chave inversora
 Você acabo de ver como o gerador elementar produz uma C A. Agora, deve estar desejando saber se o gerador de C A pode ser modificado para proporcionar uma C . A resposta e sim.
 A tensão alternada induzida na espira do gerador elementar inverte a sua polaridade toda vez que a espira passa pelas posições de 0o ou 180o. Nestes pontos, os condutores da espira invertem o sentido do seu movimento no campo magnético.
 E sabido que a polaridade da f e m induzida depende do sentido do movimento do condutor no campo magnético. Quando este e invertido, a polaridade da f e m induzida também e invertida. Como a espira continua a girar no campo os seus condutores sempre estão gerando uma f e m induzida alternada. Assim, a única maneira de se obter C C do gerador e converter a C A produzida em C C.
 Uma das maneiras de se conseguir isto e por meio de uma chave inversora ligada a saída do gerador. Esta chave pode ser ligada de tal maneira que inverte a polaridade da tensão de saída toda vez que a FEM
 A chave e mostrada na figura 1.16 e deve ser invertida manualmente quando muda a polaridade da tensão Quando isto e feito, a tensão aplicada a carga tem sempre a mesma polaridade e a corrente flui através do resistor sempre no mesmo sentido,embora seu valor aumente e diminua de acordo com a posição da espira.
Fig. 1.16
Observe a ação da chave para converter a C A gerada em C C variável, no resistor de carga. A Fig. 1.17, mostra o resistor de carga, a chave, as escovas do gerador e os fios de ligação. A tensão nos terminais do gerador e mostrada no primeiro semiciclo, de zero a 180 graus , quando a tensão gerada e positiva, acima da linha de referencia zero.
 Esta tensão aparece entre as escovas e e aplicada a chave, com a polaridade indicada. A tensão da origem a uma corrente que parte da escova negativa, passa pela chave e pelo resistor de carga e chega a escova positiva. A forma de onda da tensão entre os terminais do resistor de carga e mostrada; observe que e exatamente a mesma existente nos terminais do gerador, pois o resistor esta ligado diretamente as escovas.
Fig. 1.17 – Ação da chave no 1o semiciclo.
Quando a armadura, em seu movimento, ultrapassa a posição de 180 graus, a polaridade da tensão no gerador e invertida. Neste instante, a chave e colocada manualmente na outra posição, de acordo com fig. 1.18, ligando o ponto A do resistor de carga a escova inferior, que agora esta positiva. Embora a polaridade da tensão nas escovas tenha sido
invertida, a polaridade da tensão entre os terminais do resistor de carga ainda e a mesma.
 O efeito da chave, portanto, e o de inverter a polaridade da tensão de saída toda vez que ela se inverter no gerador .Desta maneira, a C A produzida pelo gerador e convertida
em uma C C variável no circuito externo.
1.2.8 - O comutador
Para converter a tensão alternada em tensão continua variável, a chave deve ser invertida duas vezes em ciclo. Se o gerador tivesse uma saída de 60 ciclos de C A em cada segundo, a chave deveria ser invertida 120 vezes por segundo, para converter a C A em C C . Seria impossível manusear a chave com tão grande rapidez.
 Também não seria pratico o projeto de um dispositivo mecânico para acionar a chave. Embora teoricamente ela possa executar sua tarefa, deve ser substituída por algum dispositivo capaz de operar com tanta rapidez.
 Os anéis coletores do gerador elementar podem ser modificados de modo a produzir o mesmo efeito da chave mecânica. Para tal fim, eliminamos um dos anéis e cortamos o outro longitudinalmente. Cada uma das extremidades da espira e ligada a um dos segmentos do anel. Os seguimentos são isolados eletricamente, de modo que não haja
contato elétrico entre eles, com o eixo ou com qualquer outra parte da armadura. O anel cortado e chamado comutador ou coletor, e sua ação ao converter C A em C C e denominada comutação.
 Agora, as escovas estão colocadas em posições opostas, e os segmentos do anel são dispostos de tal maneira que são postos em curto-circuito pelas escovas, quando a espira passa pelas posições em que sua tensão e zero.
 Observe que, a medida que a espira gira, cada condutor e ligado, por meio do comutador, primeiro a escova positiva e depois a escova negativa. Quando a espira do induzido gira, o comutador troca automaticamente a ligação de cada uma das extremidades da espiras, de uma escova para a outra, toda vez que a espira completa meia rotação.
Esta ação e exatamente igual a da chave inversora. Veja fig. 1.19.
 Analise a ação do comutador para converter a C A gerada em C C Na posição A, a espira esta perpendicular ao campo magnético e não ha geração de FEM em seus condutores (lados).Portanto, não existe corrente.
 Observe que as escovas estão em contato com ambos os segmentos do comutador, colocando efetivamente a espira em curto circuito. Isto não cria problema, pois não ha corrente. Quando a espira ultrapassa a posição A (zero grau), o curto se desfaz.
 A escova preta esta ligada ao condutor preto, enquanto que a escova branca esta ligada ao condutor branco.
 A medida que a espira gira no sentido do movimento dos ponteiros de um relógio, da posição A para a posição B, a f e m induzida começa a crescer a partir de zero, ate que, na posição B (90 graus), ela e máxima. Como a corrente varia com a f e m induzida, ela também terá a sua intensidade máxima a 90 graus. Continuando o movimento da espira, no mesmo sentido, de B para C, a f e m induzida decresce, ate que, na posição C (180 graus), torna-se novamente igual a zero. 
Observe que, na posição C, a escova preta esta deixando o segmento preto e entrando em contato com o segmento branco, enquanto que, ao mesmo tempo, a escova branca esta deixando o segmento branco e entrando em contato com o segmento preto.
 Desta maneira, a escova preta esta sempre em contato com o lado da espira que se move para baixo e a escova branca esta sempre em contato com o lado que se move para cima. Como a corrente no condutor que se move para cima se dirige para a escova, a escova branca e o terminal negativo e a escova preta e o terminal positivo do gerador de C C.
 Enquanto a espira continua girando, da posição C (180 graus), passando pela posição D(270 graus) e voltando a posição A (360 graus ou zero grau), a escova preta esta ligada ao fio branco, que se move para baixo, e a escova branca esta ligada ao condutor preto,que esta subindo. Como resultado, a polaridade da forma de onda da tensão gerada, entre 180 e 360 graus, e a mesma da que foi gerada de zero a 180 graus. Observe que a corrente passa através do amperímetro sempre no mesmo sentido, embora o seu sentido na espira seja invertido em cada ciclo.
 Portanto, a tensão de saída tem sempre a mesma polaridade, mas varia de valor, crescendo de zero ate um Máximo, caindo a zero, crescendo novamente ate um Máximo e, afinal, caindo outra vez a zero,sempre que a espira completa uma rotação. A fig. 1.21 ilustra a variação da tensão e a mesma forma de onda.
 Antes de estudar os geradores, você só estava familiarizado com as tensões continuas invariáveis produzidas, por exemplo, por pilhas. Agora você sabe que a saída de C C de um gerador elementar de C C e bastante irregular – uma tensão continua pulsativa que varia, periodicamente, de zero ate um Máximo. Embora esta tensão pulsativa seja continua, seu valor não e suficientemente constante para alimentar os equipamentos e aparelhos de C C. Portanto, o gerador elementar de C C deve ser modificado, para que produza uma corrente continua constante. Isto e conseguido com a adição de mais bobinas ao induzido.
 A figura 1.22, mostraum gerador cujo induzido tem duas bobinas (cada bobina com apenas uma espira) colocadas em angulo reto. Observe que o comutador tem agora quatro segmentos,conhecidos como laminas do comutador. As laminas opostas são ligadas aos terminais de uma mesma bobina. Na posição mostrada, as escovas estão ligadas a bobina branca, onde uma tensão máxima esta sendo gerada, porque ela esta se movendo perpendicularmente ao campo.
 A medida que o induzido gira no sentido do movimento dos ponteiros de um relógio, a saída da bobina branca começa a decrescer. Depois de um oitavo de rotação (45 graus), as escovas passam para as laminas pretas do comutador, cuja bobina esta,começando a cortar as linhas do campo. A tensão de saída começa a crescer novamente, atinge um Máximo a 90 gruas e, então, volta a diminuir, quando a bobina preta passa a cortar um numero menor de linhas de forca. A 135 graus, ha uma nova comutação
e as escovas são outra vez ligadas a bobina branca. A forma de onda da tensão de saída esta mostrada abaixo, durante toda uma rotação, superpostas a tensão de uma única espira. Observe que a saída nunca e menor do que o valor de Y. A variação da tensão ocorre entre Y e o Máximo e não entre zero e o Máximo. Esta variação da tensão de saída de um gerador de C C e chamada ondulação. E claro que a tensão produzida pela armadura com duas bobinas se aproxima muito mais de uma C C constante do que a tensão produzida pelo gerador elementar.
Fig. 1.22 – Duplicação de bobinas na armadura.
1.2.9 -1.2.9 - Melhorando a saída de C C
 Embora a saída do gerador com duas bobinas se aproxime muito mais de uma C C constante do que a saída do gerador com uma única bobina, ainda ha ondulação demais para aplicação aos equipamentos elétricos. Para tornar a saída verdadeiramente constante, a armadura e construída com um grande numero de bobinas e o comutador e dividido em um numero igual de laminas. As bobinas são dispostas de tal modo que sempre ha algumas delas cortando as linhas de forca do campo magnético em angulo reto.
 Como resultado, a saída do gerador contem uma ondulação muito pequena e, para todas as finalidades praticas, pode ser considerada constante, ou, uma C C pura.
 A tensão induzida em uma bobina de uma espira não e grande para produzir uma tensão de saída elevada. Cada bobina da armadura de um gerador comercial consiste de muitas espiras de fio ligadas em serie. Como resultado, a tensão de saída e muito maior do que a gerada em uma bobina com uma espira apenas. ( Veja ilustração 
na fig. 1.23).
Fig. 1.23 – Saída da tensão do gerador pratico.
1.2.10 - Regra da Mão esquerda
Viram como uma f e m e gerada na bobina de um gerador elementar. Existe um método simples para determinar o sentido da f e m induzida em um condutor que se desloca em campo magnético. Este método e chamado regra da Mão esquerda para geradores. Segundo esta regra se você colocar o polegar, o dedo indicador e o dedo médio da Mão esquerda formando três ângulos retos, com o polegar indicando o sentido do movimento do condutor e o indicador mostrando o sentido do fluxo magnético, o dedo médio apontara o sentido da f e m induzida. “Sentido da f e m induzida” significa o sentido da corrente causada por esta f e m induzida. O final desta regra também pode ser
enunciado dizendo-se que a base do dedo médio corresponde ao terminal positivo da f e m induzida e que a ponta do dedo corresponde ao terminal negativo da mesma.( Veja ilustração na fig.1.24). 
Fig. 1.24 – Demonstração da regra da Mão esquerda.
1. 3 – TIPOS DE GERADORES DE C C QUANTO A EXCITACAO
Na pratica, os campos da maioria dos geradores de C C são eletromagnéticos. Só os geradores muitos pequenos, chamados “magnetos”, usam imas permanentes. As bobinas de campo devem ser ligadas a uma fonte de C C, a fim de que possam produzir o campo
constante necessário para o gerador. ( A C A não produz um campo constante em uma bobina de campo, e, portanto, não pode ser usada). A corrente continua nas bobinas de campo e chamada de corrente de excitação e pode ser suprida por uma fonte de C C separada, ou pela própria saída do gerador.
 Os geradores de C C são classificados de acordo com a maneira pela qual o camporecebe corrente de excitação. Quando a corrente e fornecida por uma fonte externa,diz-se o gerador tem Excitação em separado. Se, por outro lado, uma parte da saída do gerador e usada para fornecer a corrente de campo, diz-se que o gerador e Autoexcitado. O circuito
das bobinas da armadura e de campo do gerador determinam o seu tipo e afetam o seu desempenho. Os diversos tipos de geradores utilizam os três circuitos básicos de C C:
serie, paralelo e misto. Os símbolos representados na fig. 1.25, são usados para identificar as bobinas de campo e da armadura nos diversos circuitos de geradores.
Fig. 1.25 – Simbolos que representam partes de gerador. 
1.3.1 - Gerador de C C com excitação em separado
Os geradores de C C com excitação em separado tem dois circuitos completamente independentes: o circuito de campo, que consiste das bobinas de campo ligadas a uma fonte de C C separada, e o circuito da armadura, que consiste do enrolamento da armadura e da resistência de carga.( quando duas ou mais bobinas de campo são ligadas em serie, elas são representadas por um único símbolo). A figura 1.26, mostra os dois circuitos de um gerador com excitação em separado e os sentidos das correntes no mesmos.
Fig. 1.26 – Circuito de um gerador excitação em separado. 
O campo de um gerador de C C com excitação em separado e independente da armadura, porque a sua corrente e fornecida por outro gerador “Excita triz”ou por um amplificador, ou ainda por uma bateria de acumuladores. O campo com excitação em separado proporciona um controle muito sensível da potencia de saída do gerador, porque a corrente de excitação e independente da corrente na carga. Uma pequena variação na corrente de campo resulta em uma grande variação na corrente na carga.
 O gerador com excitação em separado e usado principalmente em sistema automático de controle de motores. Nestes sistemas, o campo e controlado por um amplificador e a saída do gerador fornece a corrente da armadura, que alimenta o motor. Este motor e
usado para movimentar uma antena de radar,um holofote ou qualquer outro mecanismo pesado. 
1.3.2 - Geradores de C C autoexcitado
Os geradores autoexcitados usam uma parte de sua própria saída para fornecer corrente de excitação para o campo. Estes geradores são classificados de acordo com o tipo de ligação de campo usado.
Um gerador serie tem as suas bobinas de campo ligadas em serie com a armadura, de modo que toda a corrente da armadura passa pelo campo e pela carga. Quando o gerador não esta ligado a uma carga, o circuito esta incompleto e não ha corrente para excitar o campo. O campo serie tem relativamente poucas espiras de fio grosso. As bobinas de campo de 
um gerador derivação (“s h u n t”) são ligadas em paralelo
solicitadas pela carga .Devem ter resistência baixa, porque estão em serie com a carga e atuam como um resistor, reduzindo a tensão de saída do gerador .A fig. 1.29, faz a comparação das ligações nos diversos tipos de geradores de C C autoexcitado.
Fig. 1.29Quase todos os geradores de C C usados para iluminação e forca são do tipo auto excitado, em que a corrente da armadura e usada para excitar o campo. Entretanto, se a excitação do campo depende da corrente da armadura e só ha corrente induzida no enrolamento da armadura quando esta se move em um campo magnético, você deve estar querendo saber como e que a tensão do gerador pode ser desenvolvida. Em outras
palavras, se não ha campo para começar ( pois não ha corrente no enrolamento de campo), como pode o gerador produzir uma f e m?
Na realidade, os polos de campo retém uma certa quantidade de magnetismo chamado magnetismo remanescente ou residual, resultante do seu uso anterior e devido as características magnéticas de sua estrutura de aço. Quando o gerador começa a girar, existe
um campo inicial que emboramuito fraco, pode induzir uma f e m no induzido. Esta f e m induzida produz corrente através das bobinas de campo, reforçando o campo o magnetismo total. Este acréscimo no fluxo, por sua vez, da lugar a uma f e m maior, que novamente aumenta a corrente nas bobinas de campo
 Esta ação continua ate que a maquina atinge sua intensidade de campo normal. Todos os geradores auto excitados funcionam desta maneira. O tempo de crescimento da tensão e normalmente de 20 a 30 segundos. O gráfico mostra como crescem a tensão de saída e a corrente de excitação em um gerador derivação (“shunt”). ( A fig. 1.30 ilustra este gráfico).
 Lembre-se de que a saída de um gerador e energia elétrica. Um gerador sempre deve ser acionado por algum meio mecânico – a maquina acionadora. O tempo de crescimento da tensão tem relação exclusiva com a saída elétrica, e não com a parte mecânica. 
Fig. 1.30 – Esquema e gráfico do gerador derivação.
Algumas vezes, a saída do gerador não se desenvolve, isto pode acontecer por varias razoes. O magnetismo remanescente pode ser muito pequeno ou inexistente. Para que se disponha do campo inicial necessário, o gerador deve ser excitado por uma fonte externa de C C (“f l a s h i n g” do campo da maquina). E preciso ter cuidado para que o campo produzido por ação externa tenha a mesma polaridade que o magnetismo remanescente. Se estas polaridades forem opostas, o campo inicial será enfraquecido ainda mais ou destruído, e a saída do gerador continuara sem poder crescer.
 A saída do gerador também não crescera se as ligações do campo derivação forem trocadas. Para corrigir este defeito, basta restabelecer corretamente. Em muitos casos um reostato e ligado em serie com o campo derivação, para controlar a corrente de excitação. Se, no principio, o reostato introduz resistência demais no circuito, a corrente de excitação e muito pequena para desenvolver a tensão de saída do gerador. Finalmente, quando o circuito da bobina de campo fica “aberto” e não se completa, a saída do gerador também não cresce. A interrupção do circuito deve serlocalizada e reparada.
1.3.3 -1.3.3 -Gerador serie
No gerador serie, a armadura, as bobinas de campo e o circuito externo são todos ligados em serie. Isto quer dizer que a corrente na armadura e no circuito externo e a mesma que passa nas bobinas de campo. Como a corrente de excitação ( que também e a corrente na carga ) tem grande intensidade, o campo magnético de intensidade adequada pode ser obtido com um pequeno numero de espiras no enrolamento de campo.
 A figura 1.31 mostra o esquema de um gerador serie de C C típico. Quando não há carga, não pode haver corrente e assim, uma f e m muito pequena e induzida na armadura.
 O valor depende da intensidade do magnetismo remanescente. Quando uma carga e ligada, estabelece-se uma corrente, a intensidade do campo aumenta e, consequentemente, a tensão entre os terminais também cresce. A medida que corrente de carga aumenta, a intensidade do campo também aumenta, gerando uma tensão maior no enrolamento da armadura. Logo atinge-se um ponto (A) onde qualquer novo aumento de corrente de carga não provoca um aumento correspondente de tensão, porque o campo magnético atinge o seu ponto de saturação da armadura.
 Após o ponto A, um aumento de corrente diminui a tensão de saída, por causa da maior queda de tensão na resistência do campo e da armadura. O gerador serie sempre funciona depois deste ponto, onde a tensão começa a cair rapidamente (entre A e B). de modo que a corrente na carga permanece aproximadamente constante, mesmo quando a resistência da carga varia. Este fato esta ilustrado no gráfico da tensão. Por esta razão, os geradores serie são chamados de Geradores de correntes constantes. ( A fig. 1.31, mostra este gráfico).
 Os geradores serie eram usados, no passado, como geradores de corrente constante para alimentar lâmpadas de arco. Atualmente, não tem grande aplicação
Fig. 1.31 – Esquema e gráfico do gerador serie.
 O gerador derivação tem o seu enrolamento de campo ligado em paralelo com a armadura.
 Portanto, a corrente nas bobinas de campo e determinada pela tensão entre os terminais
e pela resistência do campo. O enrolamento do campo “shunt” tem um grande numero
de espiras e, portanto requer uma corrente relativamente fraca, para produzir o
fluxo necessário.
 Quando se poe um gerador derivação em funcionamento, o crescimento da tensão entre
os seus terminais, ate o valor nominal, e muito rápido, porque existe uma corrente de
campo mesmo quando o circuito externo esta aberto. A medida que a carga solicita mais
corrente, a tensão entre os terminais diminui, devido ao aumento da queda de tensão na
armadura. A figura 1.32, mostra o esquema de um gerador derivação e a curva
característica. Observe que a queda da tensão entre os terminais, quando a corrente
de carga aumenta na zona normal de funcionamento (A-B), desde a condição sem
OSTENSIVO -carga ate a condição de plena carga, e relativamente pequena. Como consequência, usa-se o gerador derivação quando se deseja uma tensão praticamente constante, independente das variações da carga. Se a corrente fornecida pelo gerador ultrapassar o ponto B, a tensão entre os terminais começara a cair rapidamente. O gerador não deve funcionar além do ponto B. A tensão entre os terminais de gerador derivação pode ser controlada pela variação da resistência de um reostato ligado em serie com as bobinas de campo. 
Fig. 1.32 – Esquema e curva característica do gerador derivação.
1.3.5 -Gerador de excitação composta
O gerador de excitação composta (“compound”) e uma combinação dos geradores
serie e derivação Apresenta dois conjuntos de bobinas de campo: um em serie com a
armadura e o outro em paralelo com ela. Uma bobina em paralelo e uma bobina em serie são sempre montadas em uma peca polar e, algumas vezes, com um revestimento comum.
Quando o campo em serie e ligado de maneira a reforçar o campo em paralelo, o gerador e chamado “compound” aditivo. Quando o campo em serie se opõe ao campo
em paralelo, o gerador e chamado de “compound” diferencial. Como já foi explicado, os campos também podem ser de curta derivação ou de longa derivação, conforme o campo “shunt” esteja ligado em paralelo com o campo serie e a armadura ou somente com a armadura. As características de funcionamento dos dois tipos de ligação do campo “shunt” são praticamente iguais. A figura 1.33 mostra o esquema dos geradores curta e longa derivação.- Os geradores de excitação composta foram projetados para eliminar a queda da tensão
de saída dos geradores derivação, quando a carga e aumentada. Esta queda de tensão
e indesejável em aplica coes em que são usadas cargas de tensão constante, como
sistema de iluminação. A adição do campo em serie, que aumenta a intensidade do
campo magnético total quando a corrente de carga aumenta, compensa a queda
da tensão causada pela maior corrente na resistência da armadura. Desta maneira,
consegue-se uma saída com tensão praticamente constante, causada pela maior corrente
na resistência da armadura.
 As características de tensão de um gerador de excitação composta cumulativa dependem da relação entre o numero de espiras nos enrolamentos em serie e em
paralelo. Se o enrolamento em serie e feito da tal modo que a tensão de saída e
praticamente constante para todas as cargas na região de funcionamento, o gerador e
plano “compound”. Nestas maquinas, geralmente, a tensão na condição sem carga e
igual a tensão na condição de plena carga e as tensões nos pontos intermediários são
ligeiramente maiores. Os geradores de excitação plano-“compound” são usados para
fornecer uma tensão constante a cargas colocadas a uma pequena distancia do gerador.
Um gerador hiper-“compound” tem um numero tal de espiras em serie que a tensão
na condição de plena carga e maior do que na condição sem carga. Estes geradores são usados quando a carga esta distante do gerador; o acréscimo na tensão de saída
compensa a queda de tensão nos fios da linha de alimentação,mantendo uma tensão
constante na carga. Quando a tensão nominal e maior do que a tensão sem carga, diz-se
que o gerador e sub-“compound”.
Estes geradores são raramente usados. A maioria dos geradores “compound” cumulativos sao hiper-“compound”. O grau de “ compoundagem “ e regulado por um “shunt” de baixa resistência (resistor desviador) ligado aos terminais do campo serie. A tensão de saída pode ser controlada pela variação do reostato de campo ligado em serie com o campo em paralelo.
 Nos geradores “c o m p o u n d”- diferenciais, o campo em paralelo e o campo serie estão
em oposição. Portanto, o campo diferencial, ou resultante, diminui de intensidade e a
tensão de saída cai rapidamente, quando a corrente de carga aumenta.
As curvas características dos quatro tipos de geradores de excitação composta são mostradas na (fig. 1.34). 1.3.6 – Comutacao
 Quando você estudou o gerador de C C elementar, aprendeu que as escovas são
colocadas de tal maneira que poem em curto circuito a bobina na armadura, quando
ela não esta cortando o campo magnético. Neste instante não ha corrente e,
portanto, nao ha centelhamento nas escovas ( que estão passando de uma lamina do
comutador para a seguinte). ( Veja figura 1.35).
 Se deslocarmos as escovas alguns graus, elas colocarão a bobina em curto, quando
esta ainda estiver cortando o campo magnético. Como consequência, uma tensão sera
induzida na bobina e a corrente de curto circuito causara centelhamento nas escovas.
 Esta condição a indesejável, porque a corrente de curto-circuito pode danificar
seriamente as bobinas e queimar o comutador. ( Ver figura 1.36) Ela pode ser
corrigida pela rotação das escovas, de maneira que a comutação ocorra quando o plano
da bobina esta perpendicular ao campo.
Fig. 1.35 – Comutação adequada. 
Os geradores de C C funcionam eficientemente quando o plano da bobina forma angulo
reto com as linhas do campo, no momento em que as escovas colocam a bobina em
curto. Este plano em angulo reto com o campo e chamado de plano de comutação ou
plano neutro. As escovas colocam a bobina em curto quando não ha corrente na mesma.
Fig. 1.36 – Comutação errada. 
1.3.7 - Reação da armadura
Você sabe que, para uma comutação correta, a bobina posta em curto pelas escovas deve
estar no plano neutro. Considere o funcionamento de um gerador de C C simples de dois polos.
 Na figura 1.37 , a armadura aparece em forma simplificada, com a seção transversal da
bobina representada por círculos. Quando a armadura gira no sentido do movimento dos
ponteiros de um relógio, a corrente no lado esquerdo da bobina sai da pagina, e no lado
direito entra na pagina. Também esta representado o campo magnético gerado em torno
de cada lado da bobina.
Agora existem dois campos: o campo principal e o campo em redor de cada lado da
bobina. A figura 1.37, mostra como o campo da armadura distorce o campo principal e
como o plano neutro e deslocado no sentido da rotação. Se as escovas forem mantidas
no plano neutro original, elas colocarão em curto bobinas com tensão induzida.
Consequentemente, haverá centelhamento entre as escovas e o comutador..
Para evitar isto, as escovas devem ser deslocadas para o novo plano neutro. O efeito
da armadura ao deslocar o plano neutro e chamado de reacao da armadura. ( Esta reação esta representada na figura 1.37 ).
1.3.8 - Enrolamentos compensadores e inter polos
A deslocação das escovas para a posição avançada do plano neutro não resolve
completamente os problemas da reação da armadura. O efeito da reação da armadura varia com a corrente de carga. Portanto, sempre que varia a corrente na carga, o plano neutro se desloca e a posição das escovas deve ser mudada.
 Nas maquinas pequenas,os efeitos da reação da armadura são diminuídos pela deslocação mecânica das escovas. Nas maquinas maiores são usados meios mais aperfeiçoados para eliminar a reação da armadura, tais como enrolamentos compensadores e ( ou polos de comutação ). Os enrolamentos compensadores consistem de uma serie de bobinas embutidas em ranhuras na superfície dos polos (sapatas polares). Estas bobinas são ligadas em serie com a armadura, de modo que o campo que produzem cancela o efeito da reação da armadura, para todos os valores da corrente da armadura. Como resultado, o plano neutro fica estacionário e as escovas, uma vez ajustadas, não tem que ser deslocadas.
 Outra maneira de reduzir ao minimo os efeito da armadura e o uso de pequenos polos
auxiliares, chamados inter polos, entre os polos principais. Os inter polos são
enrolamentos com poucas espiras de fio grosso, ligados em serie com a armadura. O
campo que eles geram anula a reação da armadura para todos os valores da corrente de
carga, melhorando a comutação. (A figura 1.38, mostra duas maneiras de minimizar os
efeitos da reação da armadura).
Fig. 1.38

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