maquinas eletricas

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MÁQUINAS ELÉTRICAS
UNIDADE III
GERADORES CORRENTE CONTÍNUA (CC)
	O gerador é uma máquina que converte energia mecânica de rotação em energia elétrica. A energia mecânica pode ser fornecida por uma queda-dágua, vapor, vento, gasolina ou óleo diesel ou por um motor elétrico.
COMPONENTES
A – ARMADURA
	A armadura gira por efeito de uma força mecânica externa. A tensão gerada na armadura é então ligada a um circuito externo. A armadura do gerador libera corrente para um circuito externo ( a carga ). Também é chamada de rotor ou induzido.
B – COMUTADOR
	Tem a função de converter a corrente alternada que passa pela armadura em corrente contínua liberada através de seus terminais. O comutador é constituído por segmentos de cobre com um par de segmentos para cada enrolamento da armadura. Cada segmento do comutador é isolado dos demais por meio de lâminas de mica. Os segmentos são montados em torno do eixo da armadura e são isolados do eixo e do ferro da armadura. No chassi da máquina são montados duas escovas fixas, que permitem contatos com segmentos opostos do comutador.
C – ESCOVAS
	São conectores de grafitas fixos, montados sobre molas que permitem que eles deslizem ( “ou escovem” ) sobre o comutador no eixo da armadura. Assim, as escovas servem de contato entre os enrolamentos da armadura e a carga externa.
D –ENROLAMENTO DE CAMPO
	É um eletroímã que produz o fluxo interceptado pela armadura. A fonte de corrente de campo pode ser separada, chamada de excitador, ou proveniente da própria armadura.
GERADOR CC SIMPLES
	É formado por um enrolamento de armadura contendo uma única espira de fio. Este enrolamento de uma espira intercepta o campo magnético para produzir a tensão. Quando a espira gira meia volta no sentido horário, os contatos entre os segmentos do comutador e as escovas são invertidos e em virtude dessa ação de comutação, o lado da espira que está em contato com qualquer uma das escovas está sempre interceptando o campo magnético no mesmo sentido, produzindo uma corrente contínua pulsante para o circuito de carga externo.
						rotação
		comutador
						 escovas
	I						 I
					 carga
EQUAÇÕES DA TENSÃO NO GERADOR
	Tensão média Vg gerada por um gerador pode ser calculada por:
	Vg = p Z Φ n
	 60b x 108
onde: Vg – tensão média gerada por um gerador CC, Volts
 p – número de pólos
 Z – número total de condutores da armadura
 Φ – fluxo por pólo
 n – velocidade da armadura, RPM
 b – número de percursos paralelos através da armadura, dependendo do tipo de enrolamento da armadura.
Como todos os fatores desta equação são fixos, exceto Φ e n, podemos simplificar esta equação, ficando da seguinte forma:
	Vg = K Φ n
	K = p Z .
	 60b x 108
	Vg é diretamente proporcional a Φ e a n.
REGULAÇÃO DE TENSÃO
	É a diferença entre a tensão do terminal sem carga (SC) e com carga máxima (CM) e é expressa como uma porcentagem do valor de carga máxima.
	Reg. Tensão = Tensão SC – Tensão CM	( % )
	 Tensão CM
PERDAS DE UM GERADOR
	As perdas nos geradores consiste nas perdas no cobre dos circuitos elétricos e nas perdas mecânicas devidas a rotação da máquina. As perdas incluem:
1 – Perdas no cobre
Perdas I² R na armadura
Perdas no campo
(b).1 – I² R do campo em derivação
(b).2 – I² R do campo em série
2 – Perdas mecânicas ou rotacionais
Perdas no ferro
(a).1 – Perdas por correntes parasitas
(a).2 – Perdas por histerese
Perdas por atrito
(b).1 – Atrito no mancal (rolamento)
(b).2 – Atrito nas escovas
(b).3 – Perdas por vento ou atrito com o ar
EFICIÊNCIA DE UM GERADOR
	A Eficiência é a razão entre a potência de saída e a potência total na entrada, expressa em porcentagem
	Efciência = Psaída	= Pentrada – perdas	= Psaída .	( % )
	 Pentr	 Pentrada		 Psáida + perdas
EXCITAÇÃO DO CAMPO
	Os geradores CC recebem seus nomes de acordo com o tipo de excitação de campo utilizado.
Quando o campo do gerador é fornecido por uma fonte CC separada ele é chamado de gerador de excitação separada.
									Vsaída
Quando o gerador fornece a sua própria excitação, ele é chamado de gerador auto-excitado, sendo classificado das seguintes formas:
A – GERADOR EM DERIVAÇÃO
	Quando o campo estiver em paralelo com o circuito da armadura.
							Vsaída
Circuito equivalente
				Id		IL
		r - reostato		 ra
				Ia			Vt = Vta
	rd
				Vg
Vta = Vt = Vg – raIa
IL = Ia – Id
Id = Vt / rd + r
B – GERADOR SÉRIE
	Quando o campo estiver em série com o circuito da armadura.
							
	Vsaída
Circuito equivalente
				
				 
							
	rS
				
Ia
 Vt
ra 
 Vta
 Vg 
Vta = Vg – raIa
Vt = Vg –Ia ( ra + rS ) 
C – GERADOR COMPOSTO EM DERIVAÇÃO CURTA
	Quando são usados dois campos, derivação e série e o campo de derivação em paralelo somente com a armadura.
							Vsaída
Circuito equivalente
					 IL
				Id		
		r - reostato		 ra
				Ia			 Vt 
	rd
				Vg
Vta = Vg – raIa
Vt = Vta – rSIL
IL = Ia – Id
Id = Vta / rd + r
D – GERADOR COMPOSTO EM DERIVAÇÃO LONGA
	Quando são usados dois campos, derivação e série, eo campo de derivação em paralelo com a armadura e com o campo série.
							Vsaída
Circuito equivalente
IL
		r – reostato		 rS			
						
Id 
				 ra
				Ia			 Vt 
	rd
				Vg
Vta = Vg – raIa
Vt = Vta – IL ( rS + ra )
IL = Ia – Id
Id = Vt / rd + r
Onde:
r – reostato, Ω
ra – resistência da armadura, Ω
rs – resistência do campo série, Ω
rd – resistência do campo em derivação, Ω
Vg – tensão gerada na armadura, V
Vta – tensão no terminal da armadura, V
Vt – tensão no terminal do gerador, V
Ia – corrente da armadura, A
Id – corrente do campo em derivação, A
IL – corrente na linha, A
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
1 – Um gerador gera 100 V quando sua rotação é de 800 RPM. Que f.e.m. ele produz se a sua velocidade de rotação aumentar para 1200 RPM, permanecendo constante o fluxo do campo ?
Resp:
2 – Um gerador tem uma f.e.m. de 520 V, 2000condutores na armadura, um fluxo por pólo de 1.300.000 linhas, uma velocidade de 1200 RPM e a armadura tem 4 percursos paralelos. Calcule o número de pólos.
Resp: 
3 – Um gerador tem uma tensão no terminal com carga máxima de 130 V. quando a carga é retirada, a tensão aumenta para 160 V. Qual o percentual de regulação de tensão deste gerador ?
Resp:
4 – Qual a tensão de um gerador em vazio, sabendo que com carga máxima sua tensão é 127 Volts e tem uma regulação de tensão de 20 %.
Resp:
5 – Sabendo que um gerador tem uma tensão nos seus terminais de 240 V, corrente de linha 50 A e perdas de 2000 W, determine a eficiência do gerador.
Resp:
6 – Um gerador composto em derivação longa tem uma tensão nos terminais de 250 V, uma resistência de armadura incluindo as escovas de 0,025 Ω e uma resistência de campo de 0,005 Ω. Calcule a tensão gerada na armadura, sabendo que a corrente que circula na armadura é de 400 A.
Resp:
7 – Um gerador em derivação com Vt = 240 V tem uma resistência de derivação de 50 Ω. Qual a resistência de um reostato de campo a ser acrescentado ao circuito para limitar a corrente de campo em 3 A quando o gerador estiver em funcionamento com a tensão especificada.
Resp:
8 – Um gerador composto em derivação curtatem uma tensão de terminal de 240 V. quando a corrente da linha é de 50 A. A resistência do campo série é de 0,04 Ω. Calcule:
a – A queda de tensão através do campo série
b – A queda de tensão através da armadura
c – A corrente da armadura, sabendo que a corrente de campo em derivação é 2 A.
d – Se as perdas forme de 2000 W, qual será a eficiência ?
Resp:
9 – Um gerador composto em derivação curta fornece 210 A para uma carga com 250 V. A sua resistência de campo em derivação é 24,6 Ω, a resistência do reostato do campo em derivação é de 6,4 Ω, resistência do campo série é 0,038 Ω e a resistência da armadura é de 0,094 Ω. Calcule as perdas no cobre:
a – No enrolamento do campo em derivação
b – No reostato do campo em derivação
c – No campo série
d – No enrolamento da armadura
e – Se as perdas por rotação em condições de carga máxima forem de 800 W, qual a eficiência do gerador.
Resp:
 N
 S