ANOTAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 17 TIPOS DE GERADORES DE CC Se definem em função dos tipos de bobinas dos pólos. Essas bobinas , atravessadas pela corrente de excitação, produzem a força magnetomotriz que produz o fluxo magnético indutor. • BOBINA DE CAMPO SHUNT ou BOBINA DE EXCITAÇÃO SHUNT: o muitas espiras de fio fino o resistência ôhmica alta o corrente de excitação baixa • BOBINA DE CAMPO SÉRIE ou BOBINA DE EXCITAÇÃO SÉRIE o poucas espiras de fio grosso o resistência ôhmica baixa o corrente de excitação alta comparações válidas para mesma máquina ou máquinas de mesmo porte. GERADOR SHUNT:- Tem as bobinas shunt nos pólos; GERADOR SERIE:- Tem as bobinas série nos pólos; GERADOR MISTO:- Tem bobinas shunt e série nos pólos; reveja a figura PARTES DE UMA MÁQUINA DE CC. CURVAS DE DESEMPENHO Vt x Ii ou Vt x IL Vt = tensão terminal (no consumidor) Ii = corrente do induzido IL = corrente de carga CURVAS DE DESEMPENHO DO GERADOR SHUNT Vt Queda de tensão devida à resistência do induzido e outras perdas não especificadas. Para geradores de boa qualidade não ultrapassam 5% da referência. Ajustes possíveis Vt referência In o m I i ou I L I i ou I L Prof. Jaime Luiz Dilburt 2º Semestre 2004 ANOTAÇÕES ADICIONAIS ANOTAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 18 CURVAS DE DESEMPENHO DO GERADOR SÉRIE Ajustes Possiveis Vt Vt B C Inom A D E CURVAS DE DESEMPENHO DO GERADOR MISTO Vt SUPER COMPOUND COPOUND NORMAL OU CHATO Curvas conseguidas com os ajustes do campo série. Os ajustes do campo shunt moverão este conjunto para cima ou para baixo. Existem outras curvas, não apresentadas neste resumo. Prof. Jaime Luiz Dilburt 2º Semestre 2004 ANOTAÇÕES ADICIONAIS ANOTAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 19 APLICAÇÕES TÍPICAS DOS GERADORES DE CC GERADOR SHUNT – TENSÃO TERMINAL praticamente constante, para qualquer valor de CORRENTE DE INDUZIDO. • alimenta consumidores que necessitem de tensão continua praticamente constante. GERADOR SÉRIE – trecho AB – TENSÃO LINEAR para variação de CORRENTE DO INDUZIDO. trecho BC – instabilidade de TENSÃO com variação de CORRENTE DO INDUZIDO. trecho CD – CORRENTE CONSTANTE e TENSÃO VARIÁVEL. PONTO E – TENSÃO ZERO e CORRENTE DIFERENTE DE ZERO. TRECHO AB – SOBREVOLTADOR (BOOSTER). LINHA DE TRANSMISSÃO FONTE CARGA A carga experimenta uma tensão decrescente por causa da queda de tensão na linha. Prof. Jaime Luiz Dilburt 2º Semestre 2004 ANOTAÇÕES ADICIONAIS ANOTAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 20 LINHA DE TRANSMISSÃO ger. série FONTE CARGA antes do gerador série depois do gerador série gerador série Gerador série, inserido em série com a fonte e a carga, próximo à carga, com trecho AB ajustado para compensar as quedas de tensão da linha. TRECHO CD – ILUMINAÇÃO PUBLICA Vt B C 100V 90V 80V GERADOR SÉRIE 10 lâmpadas = 10R 9 lâmpadas = 9R 8 lâmpadas = 8R $ %'&)( A 1. 2. D 1A E "! # gráfico sem escala 3. 10 lâmpadas em série, R ohms, 10V e 1A cada uma; Os soquetes possuem um dispositivo que corresponde a um capacitor em paralelo com cada lâmpada. Ao danificar-se uma lâmpada, o dielétrico do capacitor (em vermelho na figura) se rompe. fechando o circuito e reduzindo a resistência equivalente, de 10R para 9R. A reta de carga passa a ser a de 9R, a tensão vai para 90V e a corrente permanece em 1A. (figura ao lado). Assim cada lâmpada continua recebendo 10V e 1A. Analise o exemplo para 8 lâmpadas. PONTO E – SOLDA A PONTO (curto-circuito). Prof. Jaime Luiz Dilburt 2º Semestre 2004 ANOTAÇÕES ADICIONAIS ANOTAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 21 GERADOR MISTO SUPER-COMPOUND: SOBREVOLTADOR (BOOSTER). O acréscimo de tensão corresponde à queda de tensão da linha de transmissão. A carga recebe tensão constante. LINHA DE TRANSMISSÃO FONTE CARGA , 0 *+ 0 ./ QUEDA NA LINHA ./ GERADOR MISTO COMPOUND NORMAL OU CHATO: consumidores que exigem tensão constante para qualquer valor de corrente de carga. DIAGRAMAS ELÉTRICOS E EQUAÇÕES BÁSICAS DOS GERADORS DE C.C. SHUNT Ii SÉRIE Ic Ic E E Ie Ri V carga Ri R s campo serie V Rsh V = E – RiIi I e = I sh = V Rsh Prof. Jaime Luiz Dilburt V = E – (Ri + Rs)Ic 2º Semestre 2004 ANOTAÇÕES ADICIONAIS carga ANOTAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 22 MISTO (versão em shunt curto) Ii E Ri Rs Ic Ie Rsh V = E – RiIi – RsIc OS AJUSTES ATUAM EM: Rsh e valores de Ie e Is respectivamente. V carga Ie = V + Rs I c Rsh Rs , NOS 3 TIPOS DE GERADORES, variando os POTÊNCIA NOS GERADORES DE CC Ii E Ic Ie V carga A potência eletromagnética é a potência gerada na máquina, internamente. Considerando como exemplo um gerador Shunt temos: E = R i Ii + V Ri V = E − R i Ii VI i = EI i − R i I i2 V (I c + I e ) = EI i − R i I i2 Potência eletromagnética VI c = EI i − RI i2 − VI e Potência útil EI =5 5 VI 8 7c 6 6 8 i6 Pot .Util 67 `Pot .eletromagnética − 5 (Ri I i2 + VI e ) 33 4 1 12 Perdas elétricas nos enrolamentos Perdas Elétricas Prof. Jaime Luiz Dilburt 2º Semestre 2004 ANOTAÇÕES ADICIONAIS ANOTAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 23 Existe além da potência eletromagnética uma potência de perdas devido a parte mecânica (atritos nos mancais, ventilação, escovas com coletor) e perdas no ferro. Estas perdas são supridas por potência mecânica que entra no gerador. A CONVERSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA EM ENERGIA MECÂNICA E VICE VERSA É DADA PELA EXPRESSÃO: VELOCIDADE ANGULAR. EIi = µω , ONDE µ É O TORQUE E ϖ É A Assim o diagrama de fluxo de potência do gerador é: Potência mecânica de entrada no gerador Perdas no ferro e Mecânicas Rendimento do Gerador: Potência útil ωµ = E I i Pot. Mec. convertida em elétrica η= Perdas Elétricas Pot. Útil Pot. Mec. de entrada no gerador Unidades de Potência Sistema MKS N.m joule = = Watt s s N.m dina.cm 7 erg 7 = 10 = 10 s s s N.m Kgf m kgf m = = 0,102 s 9,81s s Sistema CGS dina.cm erg = s s Sistema MKgf S Kgf .m N.m = 9,81 = 9,81 watt s s Outras unidades 1CV = 735,5 W 1HP = 745,7 W Prof. Jaime Luiz Dilburt 2º Semestre 2004 ANOTAÇÕES ADICIONAIS ANOTAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 24 Exercício de Aplicação de Gerador Um gerador Shunt de 220 V, 20 KW, Ri igual a 0,07Ω , Rsh igual a 200 Ω, rotação de 1500 rpm, tem rendimento de 87%, operando nas condições nominais. Calcular para as condições nominais: a – a potência útil b – a corrente de linha c – a corrente de campo d – a corrente do induzido e – a fem f – a potência eletromagnética g – o momento eletromagnético h – a potência fornecida ao gerador i – o momento fornecido ao gerador j – o momento devido as perdas mecânicas mais ferro k – as perdas elétricas l – as perdas mecânicas mais ferro m – o diagrama de fluxo de potências Observação: Na ausência de especificações, as potências marcadas nos dados de placa das máquinas são sempre as potências úteis (potências fornecidas pela máquina) INICIO DE SOLUÇÃO: IL Ii + - E Ie R sh Ri 0.07 Ω V 220V a → Pot.util = 20 KW Pot.util 20000 = = 90,9A b → IL = V 220 220 220 = = 1,1A c → Ie = R sh 200 d → I i = I e + I L = 90,9 + 1,1 = 92,0A e → V = E − R i Ii → E = V + R i Ii E = 220 + 0,07 × 92 = 226,44V f9 Prof. Jaime Luiz Dilburt 2º Semestre 2004 ANOTAÇÕES ADICIONAIS