4.a Aula_N5CV1_Gerador de Corrente Continua

Conversão de Energia I
N5CV1
Prof. Dr. Cesar da Costa
4.a Aula: Gerador de Corrente Contínua
Geradores de Corrente Contínua
 Um gerador de corrente contínua é uma máquina elétrica capaz de
converter energia mecânica em energia elétrica.
 Também chamados Dínamos.
 O entendimento do seu funcionamento auxiliará no entendimento do
funcionamento do motor CC que é basicamente o mesmo
equipamento
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
ROTOR / ARMADURA / INDUZIDO
 Parte móvel do gerador/motor de corrente contínua.
 Composto por um material ferromagnético envolto num enrolamento
– enrolamento de armadura.
 A tensão gerada na armadura é ligada ao circuito externo podendo
passar aqui, altas correntes.
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
 Partes do rotor:
 Núcleo ferromagnético: constituído por chapas de aço magnético
laminadas com ranhuras axiais para alojar o enrolamento da
armadura.
 Enrolamento da armadura: composto de um grande número de
espiras em série ligadas ao comutador/coletor. O giro da armadura
faz com que seja induzida uma tensão neste enrolamento.
 Eixo: Transmite a potência mecânica externa ao rotor.
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
 ANEL COMUTADOR / COLETOR
 Realiza a inversão adequada do sentido das correntes que
circulam no enrolamento do rotor.
 É constituído de um anel de lâminas de material condutor (cobre),
segmentado por um material isolante (mica) de forma a fechar o
circuito entre cada uma das bobinas do enrolamento de armadura
e as escovas no momento adequado.
 É montado junto ao eixo da máquina e gira junto com o mesmo.
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
 ESCOVAS
 Podem ser de carvão, de metal, macias ou duras.
 Servem de contato entre o coletor e a carga.
 É posicionada no porta escovas onde é comprimida por meio de
uma mola contra o coletor.
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
 ESTATOR
 Parte estática do motor, montada em volta do rotor.
 Constituído de material ferromagnético envolto num enrolamento de
baixa potência – enrolamento de campo.
 Produz campo magnético fixo para interagir com o do rotor. A fonte
de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de
excitador, ou proveniente do próprio rotor
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
 Um gerador pode possuir de 2 a vários pólos.

A figura mostra uma máquina bipolar e uma máquina hexapolar.
 Estes polos são construídos em pares alternados N e S.
ELEMENTOS DE UM GERADOR/MOTOR CC
 Vimos pela Lei de Faraday que ao movimentar um fio condutor dentro
de um campo magnético de forma que este corte linhas de campo,
surgirá nele uma fem.
Princípio de Funcionamento de um Gerador CC
 Para facilitar o estudo do principio de funcionamento, vamos
considerar inicialmente uma espira imersa em um campo magnético
produzido por um ima permanente.
Princípio de Funcionamento de um Gerador CC
 Observe que ocorre a inversão constante da corrente na espira
devido ao fato das extremidades desta estar hora subindo hora
descendo. Essa alteração no sentido da corrente é passada para a
carga.
Princípio de Funcionamento de um Gerador CC
https://www.youtube.com/watch?v=xN5jdheIP4s
Princípio de Funcionamento de um Gerador CC
 A força eletromotriz gerada (e) varia com a intensidade do campo
magnético, com o comprimento do condutor e com a velocidade de
deslocamento do condutor dentro do campo.
Assim quando o movimento do
condutor for rotativo como é no
gerador, é possível calcular o valor da
fem induzida em cada momento e
observar que quando   0 ou 1800 não
há fem induzida. Define-se aí o plano
magnético neutro.
Princípio de Funcionamento de um Gerador CC
Outra fórmula que permite calcular a tensão gerada é:
E0  K g . n. 
Onde:
E0
voltagem gerada, sem carga;
Kg
constante do gerador;
n
r.p.m;

fluxo por polo.
Princípio de Funcionamento de um Gerador CC
 Com o uso do anel comutador é possível evitar que a alternância
da corrente induzida seja passada para a carga. No momento em
que ocorre a inversão da corrente o anel troca a extremidade da
espira da qual a corrente é coletada pelas escovas.
Princípio de Funcionamento de um Gerador CC
 A forma de onda da saída ainda não é contínua. Para se ter uma
aproximação de uma saída em corrente contínua, basta aumentar a
quantidade de espiras em rotação dentro do campo e também o
número de polos do estator.
Obs.: Não é a resultante da
soma das senóides, mas sim a
tensão captada pelas escovas
que
fornece
a
tensão
resultante (média) e contínua.
REAÇÃO DO INDUZIDO
 A fem induzida, como esperado, também cria um campo magnético
próprio (Lei de Lenz) o qual interage com o campo do estator. O
campo resultante é um campo distorcido com deslocamento do plano
neutro magnético.
 No momento da comutação não deveria ter corrente pela espira
(neutro magnético), mas com o neutro deslocado esta acaba
cortando linhas de indução na hora da comutação e é então curtocircuitada (normal na comutação) com corrente passando por ela.
 Após a comutação observa-se um centelhamento nas escovas
devido a interrupção do caminho dessa corrente indesejada e
retomada da corrente normal
REAÇÃO DO INDUZIDO
 Este fenômeno é conhecido como Reação do Induzido e além do
perigo do centelhamento em áreas onde se trabalha com material
inflamável, ela reduz a vida útil das escovas e causa queda da tensão
induzida gerada pelo gerador.
REAÇÃO DO INDUZIDO
 Soluções
 Deslocar escovas para o novo neutro magnético. È uma operação
complexa que precisa ser feito com frequência;
 Inclusão de interpolos ou polos de comutação para corrigir o campo
induzido. São colocados na linha neutra geométrica e ligados em série
com o induzido. Produzem campo magnético oposto ao do induzido
(não resolve a questão da queda de tensão já que consomem
corrente).
REAÇÃO DO INDUZIDO
 Enrolamento compensador nos polos do estator reduzindo o campo
da fmm (força magnetomotriz) criada pelo induzido (não resolve a
questão do centelhamento).
REAÇÃO DO INDUZIDO
FÓRMULA GERAL DO GERADOR E MOTOR CC
 A equação básica para um motor cc é dada por:
 Para um gerador CC:
:
:
 Para um motor CC:
V  Eg  Ra .I a (Eg  V )
V  Eg  Ra .I a (V  Eg )
EXERCÍCIO:
1) UMA MÁQUINA DE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE TEM TENSÃO DE
ARMADURA DE 120V, COM RESISTÊNCIA DE ARMADURA DE 0,07 OHMs.
PARA CADA VALOR DE TENSÃO MEDIDA EM SEUS TERMINAIS ABAIXO,
INFORME SE SE TRATA DE UM MOTOR OU GERADOR E CALCULE SUA
CORRENTE DE ARMADURA.
a) 115 V
b) 130V
Tipos de Geradores de Corrente Contínua
https://www.youtube.com/watch?v=aqUJi2WsGjk