Professor Mário Henrique Farias Santos

Professor Mário Henrique Farias Santos
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• Conceitos preliminares
• Introdução às máquinas CA e CC
• Força Magnetomotriz (FMM) de enrolamentos concentrados e de
enrolamentos distribuídos
• Força Eletromotriz (FEM) (tensão) induzida em enrolamentos
concentrados e em enrolamentos distribuídos
• Torque eletromagnético
• Perdas
∫
C
Hdl = ∫ Jda
S
φ = ∫ Bda
S
ℑ = ℜφ
• O enrolamento de campo é excitado por uma corrente
contínua que é levada até ele por meio de escovas
estacionárias de carvão que fazem contato com anéis
coletores;
• O enrolamento de armadura consiste de bobinas de N espiras.
Os condutores que formam estas bobinas são paralelos ao eixo
da máquina e são ligados em série por terminais de conexão.
• Quando este fornece potência elétrica a uma carga, a
corrente de armadura cria no entreferro uma onda de fluxo
magnético que gira na velocidade síncrona. Esste fluxo reage
ao fluxo criado pela corrente de campo, resultando um
conjugado eletromecânico a partir da tendência desses dois
campos magnéticos se alinhar entre si. Esse conjugado se
opõe à rotação, então um conjugado mecânico deve ser
aplicado para que a rotação seja mantida.
Fig. 3.1- Diagrama esquemático de um gerador
síncrono, pólos salientes, monofásico, dois pólos
• A medida que o rotor gira, o fluxo concatenado do
enrolamento de armadura varia no tempo;
• Se a distribuição do fluxo magnético no entreferro é senoidal
e a velocidade é constante, FEM é senoidal
Fig. 3.2- a) Distribuição espacial da densidade de
fluxo;
b) Onda correspondente da tensão gerada
• Máquina Síncrona: A frequência da tensão induzida é
proporcional à rotação do rotor por segundo, por isto
esta máquina é chamada síncrona. Em rpm, a
equação é:
120 f
n=
p
Fig. 3.3- Diagrama esquemático de um gerador síncrono,
de pólos salientes, monofásico, quatro pólos
Fig. 3.4- Distribuição espacial da densidade de fluxo
do gerador síncrono de quatro pólos
 pólos 
θ ae = 
θ a
 2 
• Uma corrente alternada é aplicada ao enrolamento de
armadura do estator, e uma excitação CC ao enrolamento de
campo do rotor. Para produzir um conjugado eletromecânico
constante, os campos magnéticos do estator e do rotor devem
ser constantes em amplitude e estacionários um em relação
ao outro.
Fig. 3.5- Enrolamento de campo de um gerador
síncrono, de dois pólos lisos (ou cilíndricos)
Fig. 3.6- Diagrama esquemático de geradores trifásicos:
a) dois pólos, um enrolamento por fase
b) quatro pólos, dois enrolamentos por fase
c) conexão estrela dos enrolamentos
• Todo fio percorrido por uma corrente elétrica
imerso num campo magnético fica sujeito a uma
força de natureza magnética dada por:
F = B × L × i × senθ
• Onde θ é o ângulo entre a direção do fio e das
linhas de campo magnético, B é a densidade de
fluxo magnético, L o comprimento lateral da
espira e i a corrente elétrica.
• Há uma tendência natural de alinhamento
entre o campo girante e o campo magnético
produzido pela espira, percorrida pela corrente
induzida.
• Se por hipótese, a espira fosse sustentada por
um eixo com liberdade de giro, ela seria
arrastada pelo campo girante com velocidade
angular própria.
• Se a espira estiver em sincronismo com o campo
girante, não há indução na espira, pois não há
variação de fluxo.
• O conjugado desenvolvido neste caso também é
nulo, não existindo ação motriz.
• Se a espira estiver travada, haverá uma tensão
induzida elevada, gerando uma alta corrente e
um alto conjugado.
• Porém não existirá ação motriz devido ao
travamento.
• Quando a a espira gira com velocidade menor
que velocidade do campo girante, este
movimento é chamado de assíncrono.
• Neste caso é estabelecida uma velocidade
relativa entre o campo e a espira.
• A tensão induzida será menor, pois a velocidade
relativa e a freqüência da tensão na espira será
menor que a freqüência do campo girante.
• Este é o princípio de funcionamento de motores
de indução.
Fig. 3.7- Curva característica rotação versus torque
do motor de indução
• O funcionamento de um motor C.C. está baseado nas
forças produzidas da interação entre o campo
magnético e a corrente de armadura no rotor, que
tendem a mover o condutor num sentido que
depende do sentido do campo e da corrente na
armadura (regra de Fleming ou da mão direita).
Fonte: Wikipédia
Fonte: Wikipédia
• A figura a seguir mostra o sentido das forças que agem
sobre uma espira.
• Sob a ação da força a espira irá se movimentar até a
posição X-Y onde a força resultante é nula, não dando
continuidade ao movimento.
• Torna-se então, necessário a inversão da corrente na
espira para obter um movimento contínuo.
Fonte: Manual Weg
• Este problema é resolvido utilizando um comutador de
corrente.
• Este comutador possibilita a circulação de corrente
alternada no rotor através de uma fonte CC.
• Para se obter um conjugado constante durante todo um
giro da armadura do motor utilizamos várias espiras
defasadas no espaço montadas sobre um tambor e
conectadas ao comutador.
Fig. 3.8- Gerador CC elementar com comutador
• Rotor gira com velocidade constante;
• A tensão induzida no enrolamento de armadura é uma
tensão alternada.
• Necessário retificar a onda através do uso do
comutador.
Fig. 3.9- a) Distribuição espacial da densidade de fluxo
no entreferro de uma máquina elementar CC;
b) Onda da tensão entre as escovas
• É um cilindro formado de segmentos de cobre isolados
entre si;
• Escovas estacionárias de carvão são mantidas apoiadas
na superfície do comutador;
• Estas conectam o enrolamento aos terminais externos
da armadura;
• Em qualquer instante o comutador conecta o lado da
bobina que está próximo do pólo sul à escova positiva,
e vica-versa