Relatorio 2 - Maquinas Elétricas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CAMPUS SOBRAL - CE 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 
PROFESSOR: DR. ISAAC ROCHA MACHADO 
 
 
RELATÓRIO 02 
 
 
 
Gerador de corrente contínua Auto-Excitado 
 
 
 
Johnantan Oliveira dos Santos – 336417 
Larissa Souza Pereira – 345810 
Marcelo Queiroz Lira – 338865 
Rafael Lima Holanda – 172065 
 
 
 
 
 
 
Sobral - CE 
2015.1 
1. Fundamentação Teórica 
1.1 Tipos de Geradores CC 
 
Os três tipos de geradores CC, são geradores shunt, serie e composto. As 
diferenças entre estes tipos surgem da maneira pela qual é produzida a excitação do 
enrolamento de campo polar. O proposito do Gerador é produzir uma tensão CC por 
conversão de energia mecânica em energia elétrica, e uma porção desta tensão CC é 
empregada para excitar o enrolamento do campo magnético estacionário. 
1.2 Gerador Shunt 
 
Quando a excitação é produzida por um enrolamento de campo conectado 
através de toda (ou quase toda) a tensão de linha produzida entre as escovas da 
armadura, o gerador CC é chamado gerador-shunt. O esquemático desse gerador é 
apresentado na figura 1 abaixo. 
 
 
Figura 1 – Diagrama esquemático de um Gerador CC shunt 
 
1.3 Gerador Série 
 
Quando a excitação é produzida por um enrolamento de campo ligado em serie 
com a armadura, de modo que o fluxo produzido é função da corrente da armadura e da 
carga, o gerador CC é chamado gerador-serie. O mesmo pode ser representado da 
seguinte forma: 
 
Figura 2 – Diagrama esquemático do Gerador CC série 
1.4 Gerador Composto 
 
Quando a excitação e campo é produzida por uma combinação dos dois tipos de 
enrolamentos discutidos acima, (1) enrolamento de campo serie excitação pela corrente 
de armadura ou corrente de linha e (2) enrolamento de campo shunt excitado pela tensão 
de armadura, o gerador é chamado gerador composto. Esse gerador é mostrado na figura 
3 a seguir. 
 
Figura 3 – Diagrama do Gerador CC composto 
1.5 Gerador Excitação independente 
 
Definido como qualquer gerador CC capaz de produzir a tensão e corrente CC 
com suficiente magnitude para excitar seu próprio campo. É representado na figura 5 
abaixo. 
 
Figura 4 – Representação do gerador CC excitação independente 
1.6 Gerador Auto - Excitado 
 
O gerador de corrente contínua auto-excitado é aquele cuja corrente de excitação 
(ou corrente de campo) é fornecida pela própria armadura. Dependendo da ligação do 
campo com a armadura, o gerador auto-excitado pode ser chamado de gerador em 
derivação ou paralelo, quando o campo está em paralelo com a armadura, gerador série 
quando o circuito de campo está em série com a armadura, e gerador composto quando 
possui os dois circuitos de excitação, um em paralelo e outro em série com o circuito de 
armadura. O circuito de um gerador shunt auto-excitado é mostrado na figura 5 adiante. 
 
Figura 5 – Circuito característico de um Gerador CC do tipo shunt auto-excitado 
Na prática anterior, foi visto que embora as bobinas de campo do estator não 
tinham sido alimentadas há a presença do magnetismo residual. Esse magnetismo, ainda 
que fraco, é suficiente para gerar a tensão de auto-excitação inicial (ou tensão residual 
“Eao”). Desta forma, quando o circuito de campo do gerador auto-excitado for 
alimentado por uma peque na tensão, uma pequena corrente circulará produzindo uma 
força magnetomotriz (FMM). Dependendo da polaridade das bobinas, a FMM pode 
produzir um fluxo: (1) No mesmo sentido do fluxo residual. (2) No sentido oposto ao 
fluxo residual. 
No segundo caso, a tensão nos terminais da armadura decrescerá a zero e a 
máquina não atingirá a tensão nominal. Já para o primeiro caso, ocorrerá um aumento 
no fluxo dos polos e, consequentemente, um aumento da tensão nos terminais de 
armadura do gerador. 
O processo de escorvamento do gerador é apresentado na Fig. 6.1. Com apenas o 
magnetismo residual a tensão nos terminais de armadura será Eao. Se esta tensão for 
aplicada ao circuito de campo em derivação, por ele circulará uma corrente igual à 
abscissa do ponto B1, este valor de corrente de campo aumentará o fluxo no polo que 
produzirá uma tensão cujo valor será igual à ordenada do ponto C1, esta tensão, por sua 
vez, aplicada ao circuito de campo produzirá uma corrente de campo igual ao valor da 
abscissa do ponto B2, a qual corresponde à tensão em vazio dada pela ordenada do 
ponto C2. Nesta progressão, a FMM. No gerador subiria, indefinidamente, caso não 
existisse a saturação, motivo pelo qual a tensão se estabiliza no valor dado pela 
ordenada do ponto D. 
 
Figura 6 – Representação das retas de representação de campo 
A reta que aparece na Fig. 6.1 representa a reta da resistência de campo. É um 
gráfico da relação entre tensão aplicada ao circuito de campo em derivação e a corrente 
no enrolamento de campo em derivação. Essa relação representa uma constante, igual à 
resistência do circuito de campo (Rexc), ou seja, o valor total da resistência do reostato 
em série (quando houver) mais a resistência da própria bobina de campo. 
Influência da resistência do circuito de campo: Para diferentes valores de Rexc, o 
cruzamento entre a reta da resistência de campo e a curva característica do gerador em 
vazio se dará num ponto diferente como mostrado na Fig. 6.2. Quanto maior for o valor 
de Rexc, maior será a inclinação da reta de resistência de campo. 
As ordenadas dos pontos de cruzamento DI, DII, DIII e DIV são os diversos 
valores em que a tensão terminal do gerador em vazio se estabiliza para os diferentes 
valores da resistência do circuito de campo. Se esta resistência for demasiadamente 
elevada de modo que a reta da resistência de campo apenas tangencie a curva 
característica em vazio (Ro), então a tensão em vazio permanecerá, praticamente, a 
mesma que a produzida pelo magnetismo residual. Neste caso a máquina também não 
escorvará. 
2. Objetivos 
 Verificar os efeitos que a polaridade e a resistência do campo paralelo têm 
no escorvamento da máquina; 
 Observar os efeitos do magnetismo residual; 
 Observar os efeitos da saturação; 
 Levantar a curva característica da máquina de corrente contínua auto-
excitada; 
3. Material Utilizado 
 VARIAC trifásico; 
 Gerador CC; 
 Maquina síncrona; 
 Multímetro; 
 Amperímetro; 
 Voltímetro; 
 Reostato de campo; 
 
 
 
 
4. Procedimento Experimental 
Medindo com o multímetro foram identificados os terminais de campo (F1 e F2) 
e os terminais de armadura (A1 e A2) do gerador CC, e em seguida a maquina primaria 
foi conectada, as ligações foram conferidas e o motor foi ligado até o momento em que 
começou a girar, sendo desligado. 
Posteriormente, montou-se o circuito proposto na figura 7 a seguir: 
 
Figura 7 – Circuito para montagem 
A montagem do circuito da figura 5 acima pode ser vista no tópico 8 deste 
relatório. 
Abriu-se o circuito de campo do gerador de corrente contínua (corrente de 
campo nula), consequentemente a corrente e após isso a maquina primária foi acionada. 
Com a rotação da máquina primária estabelecida, a tensão de armadura do gerador CC 
foi medida. Adiante o reostato de campo Rf foi graduado no valor máximo e ligado ao 
circuito de campo. A tensão nos terminais de armadura foi observada. 
Reduzindo-se gradativamente o reostato de campo até um valor mínimo. 
Anotou-se os 5 valores de tensão de armadura e corrente de campo. Com a seguinte 
observação: Não se deixou a tensão de Armadura Ultrapassar os 250V. 
A resistência do reostato de campo foi reduzida gradativamente até um valor 
mínimo. Os valores de tensão de armadura e corrente decampo obtidos à medida que a 
resistência era diminuída estão na tabela 1. 
Tabela 1- Valores de Ea e If obtidos com a diminuição gradativa do reostato de campo. 
Tensão de 
Armadura 
(V) 
16,48 58,4 60,3 64,6 71,6 
Corrente 
de campo 
(mA) 
0 59 63 73 87 
 
5. Resultados e Discussões 
Para o circuito de campo do gerador de corrente contínua, com a rotação da 
máquina primária estabelecida, a tensão de armadura medida foi de 14V, este valor 
representa uma fem induzida na armadura, esta tensão é devida inteiramente ao 
magnetismo residual, por causa da excitação prévia do ferro do circuito magnético. Não 
se tem uma contribuição de um campo estacionário gerado pela corrente de campo. 
Quando o circuito de campo foi então fechado e graduamos o reostato de campo 
ao seu valor máximo, notamos que não houve escorvamento. Quando o circuito de 
campo foi aberto e seus terminais invertidos foi observado que houve escorvamento. 
Visto que só haverá escorvamento quando o fluxo gerado e fluxo de campo estiverem 
no mesmo sentido. 
O gráfico da tensão de armadura por corrente de campo, com base nos valores da 
tabela 1, pode ser visto na figura 8. 
 
 
 
Figura 8 – Curva de magnetização do GCC utilizado 
Sabendo-se a característica da resistência de campo que passa pela origem, 
calculou-se o valor da resistência de campo para os vários valores de tensão da tabela 1. 
Os valores de resistência calculados se encontram na tabela 2. 
A 1° lei de Ohm diz que: 
 (I) 
A partir da equação I, pode-se calcular a resistência de campo. O gráfico da 
resistência de campo em relação à tensão de armadura se encontra na figura 9. 
Tabela 3 – Valor das resistências de campo calculadas a partir da tensão de armadura e 
corrente de campo 
Tensão de Armadura (V) 16,48 58,4 60,3 64,6 71,6 
Corrente de Campo (mA) 0 59 63 73 87 
Resistência de Campo ( ) 0 0,989 0,957 0,884 0,822 
 
Figura 9 – Gráfico referente à tensão de armadura versus resistência de campo 
Pode-se concluir analisando o gráfico, que à medida que a tensão de armadura 
aumenta o valor da resistência de campo diminui. 
Para uma máquina CC é acionada a uma velocidade de 2600 RPM, operando 
completamente a vazio, foi dado, assim como os seus valores levantados de tensão e 
corrente, que são mostrados na tabela 3. 
Tabela 3 – Valores de corrente de campo e tensão de armadura para uma maquina CC 
funcionando a 2600 RPM 
Corrente de Campo [A] 0,0 1,0 2,0 4,0 5,0 
Tensão de Armadura [V] 6,5 76 134 163 182 
 
Com base nesses valores de tensão e corrente da tabela 3 e tomando a equação 1 
para cálculos, os valores de resistência de campo foram calculados e são mostrados na 
tabela 4. Um gráfico também foi plotado e encontra-se na figura 10. 
 
Tabela 4 – Valores de Resistencia de campo calculados a partir dos valores de tensão e 
corrente da tabela 3 
Tensão de Armadura [V] 6,5 76 134 163 182 
Corrente de Campo [A] 0 1 2 4 5 
Resistência de Campo [Ω] 0 76 67 40,75 36,4 
 
Para uma maquina CC operando a 2600 RPM, com os valores de tensão de 
armadura e corrente de campo mostrados na tabela 4, tem-se a seguinte curva de 
magnetização: 
 
Figura 10 – Curva de magnetização para uma maquina CC operando a 2600 RPM 
Ainda para essa maquina foi plotado o gráfico referente à resistência de campo 
em relação à tensão de armadura, o mesmo é visualizado a seguir: 
 
Figura 11 – Gráfico Tensão de Armadura versus Resistencia de campo para uma 
maquina CC 
A resistência de campo crítica é a resistência a qual não é possível obter o 
escorvamento. Da comparação entre a curva de magnetização da figura 10 e resistência 
de campo da figura 11, temos que a curva para Rf = 76 Ω corresponde à linha de 
resistência crítica, visto que essa está acima e, em alguns momentos, tocando a curva de 
magnetização. 
6. Conclusões 
Na situação apresentada acima, observa-se que diferentemente do gerador de 
excitação independente que mesmo não havendo tensão gerada o campo era criado de 
uma forma independente desta tensão. Agora não, para que haja campo é necessário que 
se tenha tensão gerada, pois o campo depende diretamente da tensão de armadura, e esta 
se encontra em paralelo com o mesmo. Logo, foi possível entender que a corrente de 
campo depende de duas situações. Veja: Da tensão de armadura, que varia com fmm do 
entreferro. Da resistência de campo, que varia com a posição estabelecida no reostato de 
campo. 
Analisando e aplicando a lei de Ohm, nota-se que para uma alta resistência de 
campo produzirá uma pequena corrente de campo, mesmo que a tensão de campo seja 
bastante elevada. Isto é comprovado observando a tabela que apresenta a resistência de 
campo (Tabela 4). 
 
7. Referências Bibliográficas 
 [1] Irwing L. Kosow; Máquina Elétricas e Transformadores – 15 ed. – São 
Paulo: Globo, 2005; 
[2] Del Toro, Vincent; Fundamentos de Máquinas Elétricas-Rio de Janeiro:LTC, 
2011; 
 
8. Anexos 
 [1] Montagem da prática: