Conversão de Energia I Aula 5.4 Máquinas de Corrente Contínua

1. Departamento de Engenharia Elétrica Conversão de Energia I Aula 5.4 Máquinas de Corrente Contínua Prof. Clodomiro Unsihuay Vila

2. 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 MáquinasElétricas. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. Comutação Dispositivos presentes para melhorar a comutação e evitar sobre tensão na bobina. Conversão de Energia I

20. 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

21. 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

22. Exercício 1 Conversão de Energia I