ANOTAÇÕES DE MÁQUINAS ELÉTRICAS
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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
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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.
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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.
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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).
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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
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V = E – (Ri + Rs)Ic
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carga
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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
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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
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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
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