GERADORES DE CORRENTE CONTINUA SEM CARGA (em vazio ...

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 33GERADORES DE CORRENTE CONTINUA SEM CARGA (em vazio)SURGIMENTO DE TENSÃO NOS GERADORES DE CORRENTECONTINUA EM VAZIO.1. EXCITAÇÃO INDEPENDENTEDiagrama elétricoCaracterística MagnéticaAEch 1+-I excbobinas shunt ousérieR iVEI excnominalfonteindependenteE residualI exc1.1. rotação nominal e constante1.2. ch 1 aberta1.3. surge E residual1.4. fecha a ch 1 , ajusta a fonte para I exc1 que produz E 11.5. variando a tensão da fonte, ajusta para I exc2 que produz E 2 , e assim pordiante, obtendo infinitos pontos de equilíbrio I exc x E

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 342. AUTO EXCITAÇÃO2.1. AUTO EXCITAÇÃO SHUNT – GERADOR SHUNT AUTO EXCITADODiagrama elétricoCaracterística MagnéticaEch 1R iresistênciade controlebobinas shuntR shE residualI excnominalI exc2.1.1. rotação nominal e constante2.1.2. ch 1 aberta2.1.3. surge E residual2.1.4. fecha ch 1 E residual oferecido a (R sh + R i ) R sh >> R i EresEsurge Iexc1 = Rsh= (genericamente)RshIexc2.1.5. R sh pode ser representada no mesmo gráfico da CaracterísticaMagnética2.1.6. marcaEIexc=Rres1 I exc(1) x E 1 (E 1 > E res ), pois passou ashcorrente I exc1 nas bobinas de campo shunt e produziu fluxo adicional,aumentando assim a tensão produzida.E 1 = IR E 2shE 2 = I E 32.1.7. exc22.1.8. exc3Rsh2.1.9. e assim por diante até atingir o ponto de equilíbrio, no cruzamento dareta R sh com a curva da Característica Magnética.Surgiu a tensão E com a corrente de excitação I exc , sem a necessidade deuma fonte externa, mas precisando da tensão residual (magnetismo residual)

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 35Através do ajuste de R sh , controlamos I sh e controlamos a tensão bruta E produzida:Caracteristica MagnéticaDetalhesER sh1 I exc1 E 1I excnominalR sh2 > R sh1I sh2 < I sh1E 2 < E 1E residualI excR sh3 < R sh1I sh3 > I sh1E 3 > E 12.2. AUTO EXCITAÇÃO SÉRIE – GERADOR SÉRIE AUTO EXCITADODiagrama elétricoCaracterística MagnéticaR' Sbobinas sérieER Dresistência de Ch 2controle (derivador)I excnominalR iE residualI exc2.2.1. rotação nominal e constante2.2.2. ch 2 aberta2.2.3. surge E residual2.2.4. fecha ch 22.2.5. permanece E residual pois o circuito está aberto, não passa corrente nasbobinas série, não ocorre aumento de fluxo nem de tensão brutaproduzida. Não surge nenhuma tensão alem da tensão residual, estandoo gerador série auto excitado em vazio.

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 362.3. AUTO EXCITAÇÃO MISTA – GERADOR MISTO AUTO EXCITADO2.3.1. GERADOR MISTO AUTO EXCITADO EM SHUNT CURTODiagrama elétricoComentáriosCh 1R DR' SCh2O conjunto de bobinas série e derivadornão atua, (circuito aberto), então ogerador misto em shunt curto tem umcomportamento shunt.R iR sh2.3.2. GERADOR MISTO AUTO EXCITADO EM SHUNT LONGODiagrama elétricoR iCh 1R shComentários2.3.2.1. rotação nominal e constanteR' S2.3.2.2. ch 1 e ch 2 abertas2.3.2.3. surge E residual2.3.2.4. fecha ch 1R Ch D 2R i e R´s

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 37EXEMPLO NUMÉRICOEspiras shunt = 5000 R sh = 240,0ΩEspiras série = 100 R´s = 0,5ΩE res = 12,0 V R i = 0,8ΩCalcular a tensão oferecida nos terminais da máquina e calcular as FMM dos camposshunt e serie para um pólo, para as duas configurações – misto em shunt curto e misto emshunt longo. Cálculos com 4 decimais após a unidade. (valores a comparar estão muitopróximos).“O GERADOR MISTO (em shunt curto ou em shunt longo) EM VAZIO COMPORTA-SECOMO GERADOR SHUNT”

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 38GERADORES DE CORRENTE CONTINUA SOB CARGAREAÇÃO DO INDUZIDO EM GERADORES DE CORRENTE CONTINUAA reação do induzido é um campo magnético criado pela corrente do induzido,quando o gerador está operando sob carga. Este fluxo interage com o campomagnético produzido pelos pólos, provocando distorção, deslocamento e eventualalteração do valor do fluxo magnético resultante no entreferro* da máquina.*ENTREFERRO – espaço entre a sapata polar e a superfície do induzido.PRIMEIRA SITUAÇÃO – Máquina operando na região linear da CaracterísticaMagnéticafigura 1 figura 2 figura 3NNNCrotaçãorotaçãorotaçãoBI excnominalE ou φresidualAcurva simplificada completaAB - trecho linearBC - trecho não linearC em diante - saturaçãoI excSSSfluxo dos pólos reação do induzido fluxo resultanteSEGUNDA SITUAÇÃO – Máquina operando fora da região linear daCaracterística Magnéticafigura 1 figura 2 figura 3NNNCrotaçãorotaçãorotaçãoBI excnominalE ou φresidualAcurva simplificada completaAB - trecho linearBC - trecho não linearC em diante - saturaçãoI excSSSfluxo dos pólos reação do induzido fluxo resultanteCOMENTÁRIOS

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 39OUTRA VISUALIZAÇÃONNrotaçãofmmpolosrotaçãofmm reaçãodo induzidoeixoneutroSSsó o fluxo dos pólosSó o fluxo da reação do induzidoNfmmRIEixoneutrorotaçãoSfmm polosfmmresultanteFluxo resultante(diagrama fasorial sem escala e sem representar a redução do fluxo resultanteprovocada pela saturação magnética)• Observa-se deslocamento e dispersão do fluxo magnético resultante.• As escovas estavam curto circuitando bobinas não induzidas, mas estaspassaram a ser induzidas pelo FLUXO DISPERSO.• Pode-se conviver com este problema, que se traduz em aumento naintensidade do arco voltaico na comutação e aquecimento adicional, oupode-se eliminá-lo, movendo-se as escovas para outra posição, para

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 40voltarem a curto circuitar bobinas não induzidas. (novas posições próximas,onde o fluxo disperso não atinge bobinas não induzidas).• O eixo neutro se desloca junto com as escovas - observe a figura em cortetransversal a seguir.• A OPERAÇÃO DE MUDANÇA DE POSIÇÃO DAS ESCOVAS CHAMA-SE DECALAGEM.Nrotaçãocomponentedesmagnetizantefmm RIcomponentetransmagnetizantenovo eixoneutrofmmresultanteSfmm polosFluxo resultante(diagrama fasorial sem escala e sem representar a redução do fluxo resultanteprovocada pela saturação magnética)NOTAR QUE AO REALIZAR A DECALAGEM, HAVERÁ REDUÇÃO DOFLUXO MAGNÉTICO RESULTANTE, INDEPENDENTE DA CONDIÇÃODE SATURAÇÃO MAGNÉTICA OU NÃO.

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 41RESUMO DAS CONSEQUÊNCIAS DA REAÇÃO DO INDUZIDOCONDIÇÃOMáquina operandona região linear daCaracterísticaMagnéticaMáquina operandofora da regiãolinear daCaracterísticaMagnéticaDECALA-ITENSGEMSEM COMS N S N1. distorção do fluxo magnético resultante • •2. dispersão do fluxo magnético resultante • •3. redução do fluxo magnético resultante por • •saturação magnética (região de operação)4. tensão e corrente induzidas indesejáveis • •nas bobinas sob comutação mais arcovoltaico e aquecimento5. redução do fluxo magnético resultante • •pela componente desmagnetizante.(realização da decalagem)1. distorção do fluxo magnético resultante • •2. dispersão do fluxo magnético resultante • •3. redução do fluxo magnético resultante por • •saturação magnética (região de operação)4. tensão e corrente induzidas indesejáveis • •nas bobinas sob comutação mais arcovoltaico e aquecimento5. redução do fluxo magnético resultante • •pela componente desmagnetizante.(realização da decalagem)

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 42• MINIMIZAÇÃO DOS EFEITOS DA REAÇÃO DO INDUZIDOA minimização dos efeitos da reação do induzido é obtida com artifícios queaumentam a relutância magnética do caminho seguido pelo fluxo da reação do⎛ fmm n.I ⎞induzido, diminuindo assim seu valor e suas conseqüências. ⎜φ= = ⎟⎝ Rel R ⎠Caminho percorrido pelas linhas de fluxo da reação do induzido:INDUZIDO AR SAPATA DO POLO AR INDUZIDONrotaçãofmm reaçãodo induzidoSO trecho da sapata polar dos pólos convencionais atravessado pelas linhas de fluxoda reação do induzido oferece uma determinada RELUTANCIA MAGNÉTICA.Os pólos FENDIDOS, RANHURADOS E VASADOS, pela sua construção,oferecerão um aumento da relutância magnética desse trecho, visando reduzir o⎛ fmm n.I ⎞fluxo magnético da reação do induzido. ⎜φ = = ⎟ Aumentando a relutância,⎝ Rel R ⎠para o mesmo produto n.I , diminui o fluxo.O fluxo magnético dos pólos também será afetado (diminuído), mas de maneiramuito pouco sensível, sendo desprezada esta redução.

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 43POLO CONVENCIONALPOLO FENDIDOPOLO RANHURADOPOLO VASADO

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 44• ELIMINAÇÃO DA REAÇÃO DO INDUZIDOA eliminação da reação do induzido será obtida através do Enrolamento deCompensação, que é realizado nas sapatas polares, aproveitando as ranhuras oudutos vasados. Este enrolamento é atravessado pela corrente do induzido, e aquantidade de espiras é feita de modo que se garanta a relação:fmm reação do induzido = fmm enrolamento de compensaçãoos sentidos de corrente devem ser opostos, de modo que as fmm´s em questão seanulem.enrolamento de compensaçãoenrolamento do induzidoDesta forma, se garante a ELIMINAÇÃO DA REAÇÃO DO INDUZIDO.NEM TODAS AS MÁQUINAS DE CORRENTE CONTINUA SÃOCONSTRUIDAS COM O ENROLAMENTO DE COMPENSAÇÃO, E/OU COMOS DIPOSITIVOS PARA REALIZAR A DECALAGEM.ENTÃO, PARA ESTUDO GERAL DOS GERADORES DE CORRENTECONTINUA SOB CARGA, A EXPRESSÃO DA TENSÃO TERMINAL DOGERADOR SERÁ CORRIGIDA:-VORIGINALt= E − R IiiVtCORRIGIDA= E − R I = Ef(I , RI) i i Rexc−R Ii iE = tensão bruta produzidaE = Ef(I R= tensão produzida afetada pela reação do induzido, RI)exc

NOTAS DE AULAS DE CONVERSÃO I 45Até o presente momento, a TENSÃO BRUTA PRODUZIDA (E) permaneciaconstante, enquanto o fluxo e a rotação permanecessem constantes. A partir deagora, atentar para os efeitos da REAÇÃO DO INDUZIDO, que podem reduzir ofluxo resultante e reduzir a tensão bruta produzida (E), transformando-a em tensãobruta produzida afetada pela reação do induzido (E R ).Em situações práticas, haverá a informação “a reação do induzido provoca umaredução de x% no fluxo bruto e conseqüentemente uma redução dos mesmosx% na tensão bruta produzida.Exemplos:–“ a reação do induzido provoca uma redução de 3% no fluxo resultante” E R = 0,97E“ a reação do induzido provoca redução de 4% na tensão bruta e a decalagemrealizada reduz o fluxo resultante em 5% E R = 0,91EEXERCICIO1. (2,5) – Um gerador shunt de corrente continua, com enrolamento em anel deGramme, operando a plena carga, com excitação independente e constante de1,5 A e 120 V. O efeito redutor da Reação do Induzido corresponde a 2,5%., Ogerador apresenta queda de tensão no induzido de 12 V.e tensão bruta já afetadapor RI de 780 V, com potência útil de 96000 W e tensão terminal de 768 V.Pede-se para as condições expostas:3.1 - Corrente de cada circuito da máquina;3.2 - A resistência do induzido;3.3 - A resistência do campo shunt;3.4 - As perdas no cobre (enrolamentos)3.5 - A tensão bruta produzida

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