Departamento de Engenharia Elétrica
Conversão de Energia I
Aula 5.4
Máquinas de Corrente Contínua
Prof. Clodomiro Unsihuay Vila
Bibliografia
FITZGERALD, A. E., KINGSLEY Jr. C. E UMANS, S. D. Máquinas Elétricas:
com Introdução à Eletrônica De Potência. 6ª Edição, Bookman, 2006.
Capítulo 7 – Máquinas CC
KOSOW, I. Máquinas Elétricas e Transformadores.
Editora Globo. 1986.
Capítulo 3 – Relação de Tensão nas Máquinas CC –
Geradores CC
TORO, V. Del, MARTINS, O. A. Fundamentos de Máquinas
Elétricas. LTC, 1999.
Capítulo 7 – Geradores de Corrente Contínua;
Bim, Edson. Máquinas Elétricas e Acionamento.
Editora Elsevier, 2009.
Capítulo 7 – Regime permanente de máquinas de
corrente contínua
Conversão de Energia I
Efeito da Fmm da armadura
Quando a corrente de armadura é zero a corrente de campo estabelece o
fluxo resultante na máquina.
Conversão de Energia I
Efeito da Fmm da armadura
Quando uma corrente circula pelo enrolamento de armadura, a distribuição
original de fluxo na máquina é alterada. O fluxo produzido pela armadura se
opõe ao fluxo produzido pelo enrolamento de campo em uma metade de
pólo e se soma ao fluxo produzido pelo enrolamento de campo na outra
metade deste mesmo pólo.
Conversão de Energia I
Efeito da Fmm da armadura
O fluxo produzido pela armadura se opõe ao fluxo produzido pelo
enrolamento de campo em uma metade de pólo e se soma ao fluxo
produzido pelo enrolamento de campo na outra metade deste mesmo pólo.
Conversão de Energia I
Efeito da Fmm da armadura
A densidade de fluxo
resultante é a soma do fluxo
gerado pelo enrolamento de
campo e o produzido pelo
enrolamento de armadura.
Conversão de Energia I
Efeito da Fmm da armadura
A soma dos fluxos não é
linear devido ao efeito de
saturação
do
material
ferromagnético. O valor
máximo de densidade de
fluxo é atenuado pela
saturação
do
material
magnético.
Conversão de Energia I
Efeito da Fmm da armadura
Dessa forma a comutação entre as espiras não ocorre sob tensão nula, o
que pode vir a danificar o gerador ou motor.
A reação da armadura provoca um deslocamento do ponto de fluxo zero,
além de distorcer a forma de onda do fluxo no entreferro.
Conversão de Energia I
Comutação
Como ambas a Fmm de armadura e a tensão de reatância são
proporcionais à corrente de armadura, o enrolamento de comutação
(interpolo) deve ser conectado em série com o enrolamento de armadura.
Conversão de Energia I
Comutação
Uma onda de fluxo muito distorcida pode induzir numa bobina tensões
elevadas devido a rápida variação do fluxo distorcido. A tensão na bobina
pode se tornar suficientemente elevada para romper o ar entre as lâminas
vizinhas do comutador, resultado em um arco elétrico entre elas.
Devido a presença do plasma que conduz a corrente de armadura do
comutador até as escovas, a tensão de ruptura não é elevada porque o ar
próximo ao comutador está em condições favoráveis a ruptura. A máxima
tensão permitida entre as lâminas é da ordem de 30 a 40 [V].
Conversão de Energia I
Comutação
Essa elevada distorção no fluxo ocorre com máquinas funcionando com
sobrecarga elevadas, cargas rapidamente variáveis ou campo principal
fraco.
Um arco entre as lâminas pode se espalhar rapidamente por todo
comutador e, além de seus possíveis efeitos destrutivos sobre o comutador,
representa um curto-circuito direto para a linha de alimentação.
Conversão de Energia I
Comutação
Esse efeito pode ser consideravelmente abrandado pela compensação ou
neutralização da Fmm de armadura debaixo das faces polares. Tal
compensação pode ser conseguida por meio de um enrolamento de
compensação ou de face polar alojado em ranhuras presentes na face do
pólo e com uma face oposta à do enrolamento de armadura vizinho.
Conversão de Energia I
Comutação
O enrolamento de campo de compensação também deve conduzir a
corrente de armadura, visto que a reação de armadura aumenta com a
carga (corrente de armadura).
Conversão de Energia I
Comutação
Dispositivos presentes para melhorar a comutação e evitar sobre tensão na
bobina.
Conversão de Energia I
Operação das máquinas CC
Variação da tensão terminal do gerador em função da corrente de carga.
Gerador com excitação
independente
Tensão terminal do gerador em
função da corrente de carga
Conversão de Energia I
Exercício 1
Um gerador CC em condições nominais fornece uma corrente de armadura
de 120 [A] quando operando em 1000 [rpm]. Esse gerador tem uma
resistência de armadura Ra=0,1[Ω], a resistência do enrolamento de campo
Rfw=80 [Ω], e Nf = 1200 espiras por pólo. A corrente de campo nominal é 1
[A]. As características de magnetização para 1000 [rpm] é apresentada
abaixo. A máquina está operando com excitação de campo independente,
sendo a velocidade de rotação do gerador CC de 1000 [rpm].
a) Negligenciando a reação de armadura. Determine a tensão terminal
para corrente nominal; (Vt = 88 [V])
b) Considerando que a reação de armadura para carga nominal é
equivalente 0,06 ampères da corrente de campo.
b.1) Determine a tensão terminal quando operando com corrente
nominal; (Vt = 86 [V])
b.2) Determine a corrente de campo requerida para produzir uma tensão
terminal de 100 [V], quando operando com corrente nominal.
(If = 1,46 [A])
Obs. Considerar condições nominais aplicadas a armadura.
Conversão de Energia I
Exercício 1
Conversão de Energia I