Relatório_Gerador_CC_CEME_1

Prévia do material em texto

Relatório de CEME I
CARACTERÍSTICAS DOS GERADORES CC
COM EXCITAÇÃO INDEPENDENTE
J. A. da Silva, Estudante Eng.ª Elétrica, FER;
L. da Silva, Estudante Eng.ª Elétrica, FER;
W. S. Moreno, Estudante Eng.ª Elétrica, FER. 
Resumo Este relatório tem como principal objetivo verificar o funcionamento da máquina CC como gerador CC sob determinadas condições e a correlação do seu comportamento com os princípios físicos ao qual regem e os efeitos esperados de acordo com estes.
Palavras-chave Máquina CC, Gerador CC 
I. INTRODUÇÃO
Embora a construção mecânica de motores e geradores CC seja muito parecida, as suas funções são bastante diferentes. A função de um gerador é gerar uma tensão quando os condutores se deslocam através de um campo magnético, ou seja, ele converte a energia mecânica em elétrica, enquanto um motor serve para produzir um esforço para a rotação, ou torque, para produzir rotação mecânica, ou seja, transformar energia elétrica em mecânica. 
II. ELEMENTOS DE COMPOSIÇÃO DA MÁQUINA CC
A parte interna da máquina CC será demonstrada abaixo:
FIGURA 1- Componentes de uma Máquina CC
ROTOR
 
É um núcleo ferromagnético constituído por chapas de
aço magnético laminadas com ranhuras axiais para
alojar o enrolamento da armadura.
ARMADURA
É composto de um grande número de espiras em série ligadas ao comutador/coletor. 
Em um gerador, a armadura gira por efeito de uma força mecânica externa e a tensão que é gerada nela é ligada a um circuito externo.
EIXO
Transmite a potência mecânica externa ao
rotor.
ANEL COMUTADOR / COLETOR
O comutador converter a corrente alternada (induzida) que passa pela sua armadura em corrente contínua liberada através de seus terminais É constituído de um anel de lâminas de material condutor (cobre), e envolto por um material isolante de forma a fechar o circuito entre cada uma das bobinas do enrolamento. 
ESCOVAS
Podem ser de carvão, de metal, macias ou duras.
Sevem para o contato entre o coletor e a carga. São posicionadas no porta escovas onde é comprimida
por meio de uma mola contra o coletor.
É montado junto ao eixo da máquina e gira junto
com o mesmo.
ESTATOR
Parte estática do motor, montada em volta do rotor.
É feito de material ferromagnético envolto num enrolamento de campo, este produz campo magnético fixo para interagir com o do rotor.
A fonte de corrente de campo pode ser uma fonte separada, e recebe o nome de excitador, ou pode ser proveniente do próprio rotor.
III. FUNCIONAMENTO
Ao movimentar um fio condutor dentro de um campo magnético de forma que este corte as linhas de campo, surgirá nele uma força eletromotriz, essa força eletromotriz gerada varia com a intensidade de campo magnético do condutor, com o comprimento e com a velocidade de deslocamento conforme equação abaixo:
onde:
B →Intensidade de campo magnético
l → comprimento do condutor
v → velocidade de deslocamento
φ → fluxo por pólo, Wb.
Essa força eletromotriz induzida no condutor irá variar com o seu movimento e será ao mesmo tempo senoidal e alternada
A fim de se converter a tensão alternada em unidirecional (CC), é necessário empregar um comutador que fará com que a fem de saída se torne menos pulsativa.
Em um gerador, a área onde nenhuma tensão pode ser induzida numa espira da armadura é chamada de plano de comutação ou plano neutro. No momento da comutação o neutro deslocado acaba cortando as linhas de indução e é então curto-circuitodo, causando assim a corrente pela espira (neutro magnético). 
Após a comutação observa-se um centelhamento nas escovas devido a interrupção do caminho dessa corrente indesejada e retomada da corrente normal. 
Como consequência, uma tensão será induzida na bobina em curto e a corrente de curto-circuito causará centelhamento nas escovas. Esta corrente de curto-circuito pode danificar seriamente tanto as bobinas quanto o comutador. 
Uma forma de se evitar isso é deslocar as escovas para o novo neutro magnético ou até mesmo incluir interpolos ou polos de comutação para corrigir o campo induzido.
IV. REAÇÃO DA ARMADURA NO GERADOR CC
Como existe corrente nos condutores da armadura do gerador, há um campo magnético em torno da armadura. O campo da armadura distorce o campo principal, isto é, o gerador apresenta uma reação da armadura, tal como acontece nos motores. 
Nos geradores, o campo resultante é um campo distorcido com deslocamento do plano neutro magnético. 
FIGURA 2- Reação da armadura e plano neutro elétrico nas máquinas de corrente contínua
V. EXCITAÇÃO DO CAMPO
Os geradores CC recebem seus nomes de acordo com o tipo de excitação de campo. Podem ser estes:
· Excitação independente: o campo do gerador é fornecido ou “excitado” por uma fonte CC independente 
· Auto-excitado: o gerador fornece a sua própria excitação;
· Shunt ou em derivação: ligado em paralelo com a armadura; 
· Série: o campo está em série com a armadura.
Se forem usados os dois campos, shunt e série, o gerador é chamado de gerador composto. E podem ser dividos em:
· derivação curta: com o campo-shunt em paralelo somente com a armadura;
· derivação longa: com o campo-shunt em paralelo com a armadura e com o campo-série.
VI. EQUAÇÃO DO TORQUE NO GERADOR CC 
O torque T produzido é proporcional à intensidade do campo magnético e à corrente que circula pelos condutores da armadura.
onde:
 T → torque, m⋅kg.
 kt → constante que depende das dimensões físicas da máquina. 
Ia → corrente da armadura, A. 
φ → número total de linhas de fluxo que entra na armadura por um pólo N, Wb.
VII. EQUAÇÃO DA TENSÃO NO GERADOR CC 
A tensão média Vg gerada por um gerador pode ser calculada através da fórmula:
Onde:
Vg → tensão média gerada por um gerador CC, V. 
p → número de pólos. 
Z → número total de condutores da armadura. 
φ → fluxo por pólo, Wb. 
n → velocidade da armadura (ou rotor), rpm. 
b → número de caminhos paralelos através da armadura, dependendo do tipo de enrolamento da armadura. 
VIII. CIRCUITO EQUIVALENTE DO GERADOR CC
As relações entre a tensão e a corrente em um circuito equivalente de um gerador CC são as seguintes:
onde: 
Vta → tensão nos terminais da armadura, V. 
Vg → tensão gerada na armadura ou força contra-eletromotriz fcem, V. 
Vt → tensão nos terminais do motor, V. 
ra → resistência do circuito da armadura (incluindo a resistência de contato nas escovas), Ω. 
rs → resistência do campo em série, Ω. 
rf → resistência do campo em derivação, Ω. 
Ia → corrente da armadura, A. 
Is → corrente do campo em série (Is=Ia ou Is=IL), A. 
If → corrente do campo em derivação, A. 
IL → corrente fornecida pela fonte de alimentação ao motor (ou corrente na linha), A.
Uma comparação entre o circuito equivalente do gerador e o circuito equivalente do motor , mostra que a única diferença está no sentido da corrente na armadura e na linha.
FIGURA 3- Circuito equivalente de um motor CC (motor 
IX. REGULAÇÃO DE VELOCIDADE NO GERADOR
A regulação de tensão indica o grau de variação na tensão da armadura produzida pela aplicação da carga. 
Em um gerador é a diferença entre a tensão nos terminais sem carga (SC) e com carga máxima (CM), e é expressa como uma porcentagem do valor da tensão nos terminais com carga máxima (carga nominal ou plena carga). 
X. ATIVIDADES
Para a realização do experimento a máquina CC operou como um gerador, tendo um acionamento mecânico (torque e velocidade) no qual haverá produção de energia elétrica. 
Foi elaborado o circuito mostrado a seguir:
FIGURA 3- Gerador CC de excitação independente
FIGURA 4- Montagem do experimento em laboratório
Para a execução foi necessário fazer a conexão do máquina síncrona com a correta identificação dos terminais e a com ligação trifásica em 220 VCA conforme figura abaixo:
FIGURA 5- Ligação do Motor Síncrono para utilização no experimento
O motor síncrono opera como a máquina primária de energia mecânica, acionando o eixo do gerador CC. Conhecendo-se as características do funcionamento do motor síncrono, o gerador CC foi acionado a uma velocidade constante. 
Com o circuito montado foi ajustadodiversos níveis de tensão contínua no circuito de armadura do gerador CC por meio da fonte. 
Através da utilização de voltímetros, amperímetros e de um tacômetro foi possível verificar o valor da corrente de campo, da tensaõ de campo, da tensão gerada e da velocidade conforme os registros da tabela a seguir:
	Va[V]
	Vf cc (V)
	If (mA)
	Eg (V)
	rpm
	0
	
	
	
	
	30
	
	
	
	
	60
	
	
	
	
	90
	
	
	
	
	120
	
	
	
	
	150
	
	
	
	
	180
	
	
	
	
	220
	
	
	
	
Tabela 1- Gerador CC de excitação independente Sem carga ( Ascendente)
Com esses valores foi possível montar a curva de magnetização ascendente.
Foi verificado também conforme tabela abaixo a magnetização descendente sem carga.
	Va[V]
	Vf cc (V)
	If (mA)
	Eg (V)
	rpm
	220
	
	
	
	
	180
	
	
	
	
	150
	
	
	
	
	120
	
	
	
	
	90
	
	
	
	
	60
	
	
	
	
	30
	
	
	
	
	0
	
	
	
	
Tabela 2- Gerador CC de excitação independente Sem carga ( Descendente)
Com os respectivos valores em mãos foi plotada a curva Eg x IF (magnetização ascendente e descendente)
Através da curva é possível notar que há
8- Gráfico - magnetização ascendente e descendente
XI. CONCLUSÃO
XII. REFERÊNCIAS
[1] Chapman, Stephen J. “Fundamentos de Máquinas Elétricas”, 5ª Edição, p.91, AMGH Editora Ltda.