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MÁQUINAS ELÉTRICAS Máquina de Corrente Contínua Fundamentos Iniciais Sabemos que uma forma de energia podem ser obtida de a partir de outra forma com ajuda de conversores. As máquinas elétricas são conversores utilizados para transformar potência elétrica em potência mecanica ou vice-versa. A máquina elétrica serve de ligação entre um sistema elétrico e um sistema mecânico. MÁQUINAS ELÉTRICAS Máquina de Corrente Contínua Fundamentos Iniciais Se a conversão é de mecânica para elétrica, a máquina age como gerador. Se a conversão de elétrica para mecânica a máquina age como motor. Importante: A mesma máquina elétrica pode atuar tanto como motor quanto gerador. MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética Nos três tipos de máquinas elétricas utilizadas para conversão de energia eletromecânica, os princípios para tal conversão são: 1. Quando um condutor se move ao longo de um campo magnético, uma tensão é induzida nesse condutor. 2. Quando um condutor conduzindo corrente é colocado no interior de um campo magnético, este é sujeito a uma força mecânica. MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética Estes dois efeitos ocorrem simultaneamente se a energia está sendo transformada de mecânica para elétrica ou de elétrica para mecânica. Na ação motora, o sistema elétrico faz fluir uma corrente elétrica através de condutores que são colocados no interior do campo magnético. A força atua sobre cada condutor. MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética Se o condutor é colocado em uma estrutura livre para girar, um torque eletromagnético será produzido fazendo girar a estrutura em uma dada velocidade. Se o condutor gira no campo magnético, um tensão será induzida em cada condutor. MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética Na ação geradora, a estrutura girante denominada de rotor é acionada por uma máquina primária (turbina a vapor, motor a diesel). Uma tensão será induzida nos condutores que estão girando com o rotor. Se uma carga é colocada ao enrolamento formado por estes condutores, uma corrente (i) fluirá, entregando potência elétrica a carga. MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética MÁQUINAS ELÉTRICAS Fundamentos Iniciais Conversão Eletromagnética MÁQUINAS ELÉTRICAS Máquina de Corrente Contínua Existem duas partes importantes na máquina de corrente de contínua. Estator: parte fixa onde está situado o enrolamento de campo (enrolamento responsável pela produção do campo necessário ao processo de conversão eletromagnética de energia). Trata-se de um enrolamento por onde circula corrente contínua. MÁQUINAS ELÉTRICAS Rotor: parte girante onde está localizado o enrolalamento de armadura (enrolamento por onde circula corrente na forma alternada). Comutador: elemento em contato com o enrolamento de armadura que inverte o sentido da corrente contínua fornecida pela fonte externa. Escovas: elemento condutor fixo que serve para transportar a energia elétrica do circuito externo para o enrolamento de armadura (motor) e ao contrário como gerador. OBS: Com o tempo estas precisam ser modificadas devido ao desgaste. Construção mecânica Construção mecânica Construção mecânica - Comutador Funcionamento : Fem induzida Bobina em um campo magnético uniforme Uma bobina gira no interior de campo magnético uniforme. Inicialmente o fluxo na bobina é máximo, mas a taxa de variação é nula. A tensão induzida será nula. Ao girar a bobina no sentido horário, o fluxo que passa pela bobina tende a diminuir e devido a essa variação aparecerá uma tensão induzida cuja polaridade se opõe a tal variação. A figura da esquerda mostra que o fluxo na bobina é mínimo, mas a taxa de variação é máxima. Consequentemente, a fem induzida e a corrente através da resistência são máximas. A figura da direita mostra a posição quando a bobina gira em ângulo maior que 90º. Desde que o fluxo concatenado na bobina aumenta, a direção da corrente na bobina deve se opor a essa mudança. A corrente na bobina é ainda de (a) para (b). Pode-se observar então que à medida que a bobina gira, o fluxo magnético também varia e consequentemente a tensão induzida. A figura a seguir ilustra a produção de fluxo magnético através dos pólos norte e sul. As figuras mostram a variação do fluxo magnético concatenado e a tensão induzida na bobina. Observe nas figuras anteriores que para uma máquina de dois pólos, um ciclo elétrico (360º) da forma de onda é gerado quando a bobina completa uma volta (360º) mecânico. Conclui-se que: θ= θm Como é possível conectar uma resistência nos terminais rotativos da bobina? Se os dois coletores da figura anterior são substituídos por apenas um anel coletor dividido em duas partes. Essa configuração do anel coletor é denominada de comutador (segmentos de cobre separados por um isolante). Outra maneira de representar o mecanismo de retificação de retificação mecânica é mostrado a seguir: Para um movimento no sentido anti-horário o terminal no pólo norte estará com potencial positivo com relação ao terminal do pólo sul. A corrente no circuito será unidirecional. Observe agora a atuação do comutador na operação motora. mecanismo A corrente mudará de sentido quando a espira passa pela região interpolar e os segmentos comutadores tocam as escovas. Máquina (p) pólos A figura abaixo mostra uma máquina de 4 pólos. A distância entre dois lados da bobina é igual a (¼) da circunferência. Para esse caso, teremos dois ciclos completos da tensão induzida para cada rotação da bobina. Ou seja, o ângulo elétrico da tensão induzida será duas vezes o ângulo mecânico de rotação. Na seguir uma ilustração de uma máquina com quatro pólos. Na seguir uma ilustração de uma máquina com quatro pólos.
