2. Máquinas Elétricas
• O que são?
– Transformam um tipo de energia em elétrica
ou vice versa
– Modificam as características da energia
elétrica
• Quais os tipos?
– Rotativas: Motores e Geradores
– Estáticas: Transformadores
4. Máquinas Elétricas Rotativas
• O que são?
– Transformam um tipo de energia em elétrica
ou vice versa
– Existe movimentação de alguma parte da
máquina
• Quais os tipos?
– Motores
– Geradores
7. Lenz e Faraday
• Em todo condutor elétrico que se
movimenta com uma dada velocidade
dentro de um campo magnético surge
uma tensão entre os seus terminais
8. Laplace
• De acordo com o princípio de indução,
verifica-se que todo condutor percorrido
por corrente e imerso num campo
magnético sofre a ação de uma força.
9. Gerador x Motor
• O esquema na figura representa, assim, um
gerador elétrico simples, cujo princípio pode
ser resumido da seguinte forma:
– a máquina primária
força o condutor a
se movimentar no
campo magnético
exercendo sobre
este uma força e
transferindo ao
mesmo uma
determinada
energia mecânica;
10. Gerador x Motor
• O esquema na figura representa, assim, um
gerador elétrico simples, cujo princípio pode
ser resumido da seguinte forma:
– o movimento do
condutor faz com
que uma tensão
apareça entre os
seus terminais;
– ao ser conectada a
uma carga circula
uma corrente no
condutor e pela
carga.
11. Gerador x Motor
• O condutor analisado anteriormente,
quando ligado a uma fonte, sofre a
influência de uma força que tende a girálo. O esquema na figura representa,
assim, um motor elétrico simples.
12. Gerador x Motor
Sistema elétric0
E, I
Sistema mecânico
T, N
Máquina elétrica
Motor elétrico
Gerador elétrico
14. Gerador e Motor CC
• Partes componentes:
– Armadura:
• recebe a corrente proveniente
de uma fonte elétrica externa
– Comutador:
• converte a CA que passa pela
sua armadura em CC liberada
através de seus terminais (G)
15. Gerador e Motor CC
• Partes componentes:
– Escovas:
• servem de contato entre os
enrolamentos da armadura e
a carga externa
16. Gerador e Motor CC
• Partes componentes:
– Enrolamento de campo: produz o fluxo interceptado
pela armadura
• num motor, a corrente para o campo é fornecida pela mesma
fonte que alimenta a armadura.
• num gerador, a fonte de corrente de campo pode ser uma
fonte separada, chamada de excitador, ou proveniente da
própria armadura.
17. Gerador CC elementar
• As escovas 1 e 2
têm polaridade
constante, e é
liberada uma
corrente
contínua
pulsante para o
circuito de carga
externo.
20. Gerador CC
• Na máquina CC o campo magnético é criado
por um conjunto de pólos, os quais são
dispostos ao longo da periferia da parte externa
fixa, chamada de estator.
23. Gerador CC simples
• Na prática, se
constroem os
geradores com várias
bobinas enroladas em
torno da armadura
para produzir uma
saída cc ainda mais
suave.
24. Excitação de campo
• Tipos:
– Excitação separada
– Auto-excitado
• Derivação
• Série
• Composto
25. Excitação de campo
• Tipos:
– Excitação separada - fornecido ou “excitado”
por uma fonte cc separada
26. Excitação de campo
• Tipos:
– Auto-excitado - fornece a sua própria
excitação
• Derivação - campo ligado em paralelo com circuito
da armadura
27. Excitação de campo
• Tipos:
– Auto-excitado - fornece a sua própria
excitação
• Série - campo em série com a armadura
28. Excitação de campo
• Tipos:
– Auto-excitado - fornece a sua própria
excitação
• Composto - usados os dois campos, derivação e
série
Derivação curta
Derivação longa
29. Circuito equivalente
Onde:
•
•
•
•
Vta = tensão no terminal da
armadura, V
Vg = tensão gerada na
armadura, V
Ia = corrente da armadura, A
Vt = tensão no terminal do
gerador, V
• ra = resistência da armadura,
•
•
•
•
.
rs = resistência de campo, série, .
rd = resistência de campo, derivação, .
IL = corrente na linha, A
Id = corrente do campo em derivação, A
30. Circuito equivalente
• Relações entre tensão e corrente no
gerador composto:
Vta = Vg – Iara
Vt = Vg – Ia(ra + rs)
I L= I a – I d
31. Circuito equivalente
• Exemplo - Um gerador cc tem uma
especificação de 100 kW e 250 V. O que
significa essa especificação?
– Esse gerador pode liberar continuamente 100 kW de
potência a uma carga externa. A tensão Vt do
terminal do gerador é de 250 V quando está
fornecendo a potência especificada.
32. Circuito equivalente
• Exemplo - Um gerador cc de 100 KW e 250 V
tem uma corrente na armadura de 400 A, uma
resistência da armadura (incluindo as escova)
de 0,025 , e uma resistência de campo em
série de 0,005 . Ele é mantido em 1.200
rotações por minuto (rpm) através de um motor
de velocidade constante. Calcule a tensão
gerada na armadura.
33. Equações da Tensão no Gerador
pZφ n
• Vg =
60b x 10 8
Onde:
• Vg = tensão média gerada por um gerador cc, V
• p = número de pólos
• Z = número total de condutores da armadura
(também chamado de indutores)
• Φ = fluxo por pólo
• n = velocidade da armadura, rpm
• b = número de percursos paralelos através da
armadura, dependendo do tipo de enrolamento da
armadura.
34. Equações da Tensão no Gerador
• Para qualquer gerador, todos os fatores da Eq. são
fixos, exceto Ф e n. Pode ser simplificada assumindo
a forma
pZ
– Vg = k Ф n
onde k =
8
60b x 10
• A eq. revela que o valor de uma fem induzida em
qualquer circuito é proporcional à razão com que o
fluxo está sendo interceptado.
• Assim, se duplicar Ф e n permanecer o mesmo, Vg
também é duplicado. Analogamente, se n dobrar de
valor, permanecendo constante, Vg dobra.
35. Equações da Tensão no Gerador
• Exemplo - Quando um gerador é mantido em 1.200 rpm,
a tensão gerada é de 120 V. Qual será a tensão gerada
(a) se o fluxo do campo diminuir de 10 por cento,
permanecendo constante a velocidade e (b) se a
velocidade cair para 1.000 rpm permanecendo invariável
o fluxo do campo?
36. Equações da Tensão no Gerador
• Exemplo - Um gerador em derivação tem uma
resistência no circuito da armadura de 0,4 , uma
resistência no circuito de campo de 60 e uma tensão
no terminal de 120 V quando está fornecendo uma
corrente de carga de 30 A. Calcule (a) a corrente de
campo, (b) a corrente na armadura.
