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Curso Mecânico de Manutenção Aeronáutica
RICARDO LIMA DA SILVA
TRABALHO SOBRE CAPÍTULO 9GERADORES E MOTORES ELÉTRICOS DE AVIAÇÃO
Professor Celso MoreiraDisciplina: Geradores e Motores Elétricos de AviaçãoTurma 5S
Porto Alegre, novembro de 2006.
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SUMÁRIO
1 - Como se denomina a corrente induzida que se opõe que o rotor de umgerador gire? ........................................................................................ Pág. 3
2 - Quando dois ou mais geradores estão ligados a uma mesma carga,dizemos que eles estão em? ................................................................. Pág.5
3 - Para o controle de freqüência de um gerador utiliza-se? ............... Pág. 6
4 - Descreva a utilização do CSD? ....................................................... Pág. 7
5 - Em alternador trifásico tipo Delta, podemos afirmar que a tensão de linhaé? .......................................................................................................... Pág. 8
6 - O motor DC mais utilizado na aviação é do tipo? ............................ Pág. 9
7 - Invertendo-se o sentido de fluxo de corrente num rotor de um motor DC o
que ocorre? ......................................................................................... Pág. 12
8 - Um Alternador Trifásico possui três enrolamentos, espaçados de modoque a tensão induzida em cada enrolamento esteja ___________ com astensões dos outros dois enrolamentos. ............................................... Pág.12
9 - Uma característica importante de um motor CA é? ....................... Pág. 13
10 - Um ciclo em CA representa? ....................................................... Pág. 14
11 - O termo freqüência refere-se? ..................................................... Pág. 16
12 - Como podemos obter CC a partir de CA? ................................... Pág. 17
13 - A expressão “Em Fase” o que significa? ..................................... Pág. 20
Referências ......................................................................................... Pág. 22
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1) Como se denomina a corrente induzida que se opõe que o rotor de
um gerador gire?
Quando um corpo metálico oscila, cruzando o entreferro de um ímã ou
eletroímã, ocorre uma variação de fluxo através dele, ocasionado por uma variação
de área.
Essa variação de fluxo magnético induz uma f.e.m. (força eletromotriz) no
corpo, que determina, por sua vez, o aparecimento de uma corrente elétrica em sua
massa.
Essa corrente induzida, gera um novo campo magnético que se opõe ao
campo magnético indutor, conforme a lei de LENZ.
CORRENTES DE FOUCAULT – Também recebem o nome de
CORRENTES PARASITAS: São as correntes elétricas que aparecem em massas
metálicas, como conseqüência da variação de fluxo que as atravessam.
Em outras palavras, tais correntes elétricas em trajetórias imprecisas têm
denominações equivalentes às ‘'correntes em rodamoinho ou turbilhonares’'
(eddy currentes, wirbelströme).
Estas correntes manifestam-se sob forma de calor aquecendo toda a massa
metálica, na qual circulam, seu efeito eletromagnético (lei de LENZ) é sempre
contrário à causa que as gera.
Assim, por exemplo, fazendo girar um rotor metálico entre as expansões
polares de um eletromagneto, enquanto este não é excitado, a rotação do rotor verifica-se livremente, opondo-se ao movimento somente as resistências de atrito.
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Se, entretanto, o eletromagneto é convenientemente excitado, as Correntes
de Foucault, geradas no rotor, exercem sobre este, uma ação de freio tanto mais
enérgica quanto mais elevada for sua velocidade.
Essas correntes, vantajosas em alguns casos, são nocivas em muitos
outros, porque podem acarretar grandes dissipações de energia e, sobre tudo,
porque elevam a temperatura das peças metálicas (dentro das quais se originam)
ocasionando, por vezes, a destruição de suas partes.
A razão disso é que sua intensidade de corrente é alta, devido ao fato de que
a resistência ôhmica dessas massas metálicas é pequena.
O efeito Joule incumbe-se de propiciar uma grande elevação da temperatura.
Jean Bernard Leon Foucault nasceu em Paris em 18 de Setembro de
1819.
No início de sua carreira estudou medicina. Concluído o curso, cedo o
abandonou para se dedicar à Física.
Em 1851 ele constrói o então famoso experimento que conhecemos como
Pêndulo de Foucault, constituído por uma esfera metálica de 28 kgf de peso,suspensa por um fio de aproximadamente 67 m, e que serve para demonstrar a
rotação da Terra.
Alguns anos após, inventa e constrói o Giroscópio, um aparelho que lhe
permitiu realizar novas experiências sobre o movimento da Terra.
Foucault recebeu pela descoberta do giroscópio a medalha Copley, da Royal
Society de Londres.
Em 1855 se torna assistente de física do Observatório Imperial de Paris.
Deve-se a Foucault, a descoberta das correntes induzidas em um condutor
quando em movimento na presença de um campo magnético intenso.
As Correntes de Foucault são utilizadas para amortecer oscilações em
alguns aparelhos (balanças de precisão, medidores de corrente, tensão etc.),
frenagens, fornos de indução e etc.
Foucault morreu em 11 de Fevereiro de 1868, em Paris.
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2) Quando dois ou mais geradores estão ligados a uma mesma carga,
dizemos que eles estão em?
Quando se associam dois ou mais geradores ligados a uma mesma carga,
eles se encontram associados em paralelo.
Esta associação produzirá três vezes mais energia do que só um gerador e,
dissipará 1/3 da energia ligada em apenas um gerador.
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3) Para o controle de freqüência de um gerador utiliza-se?
Um Gerador de Corrente Alternada (Alternador) é uma máquina síncrona eque sua velocidade de rotação e freqüência estão relacionadas com o número de
pólos.
Sendo:
f = freqüência (em Hz);
N = velocidade de rotação (em rpm);
N p = número de pólos, temos que:
Assim, um alternador de 60 Hz que trabalha a 1800 rpm, tem:
60 = (1.800 x N p ) ÷ 120 <=>N p = 4 pólos.
Analogamente, um alternador de 6 pólos, para gerar tensão em 60 Hz,
precisa girar a:
60 = (N x 6) ÷ 120 <=>N = 1.200 rpm.
Um alternador especial para aeronaves, que necessita gerar tensão na
freqüência de 400 Hz trabalhando a 2000 rpm, necessita de:
400 = (2000 x N p ) ÷ 120 <=>N p = 24 pólos.
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4) Descreva a utilização do CSD?
O CSD (Constant Speed Drive - Transmissão de Velocidade Constante) é umequipamento hidráulico, que acopla o motor da aeronave ao eixo da unidade
geradora de Corrente Alternada (alternador), que mantém a velocidade constante.
Cada transmissão CSD consiste essencialmente em duas unidades
hidráulicas, tipo pistão de deslocamento axial de cilindrada positiva e um diferencial
mecânico que efetua a função somatória de velocidades.
No eixo de acoplamento, existe uma diminuição de algumas polegadas da
seção nominal, denominada de fusível. Este estreitamento na seção nominal do eixo
de acoplamento serve de proteção mecânica, pois caso ocorra algum problema de
ordem mecânica no gerador (dano em alguma peça do gerador que possa provocar
que o mesmo tranque), o eixo parte-se nessa seção mais fina não atrapalhando o
funcionamento do motor da aeronave e, desta forma ficando inoperante o gerador e
não atrapalhando o funcionamento desse grupo moto propulsor em vôo.
O CSD é utilizado para manter uma velocidade constante do gerador de
corrente alternada (alternador) para que a freqüência seja mantida em 400 Hz, pois
caso ocorra à variação de velocidade no alternador, ocorrerá também a variação na
freqüência da corrente.
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5) Em alternador trifásico tipo Delta, podemos afirmar que a tensão de
linha é?
As cargas trifásicas podem ser interligadas ao sistema de dois modos
distintos:
Estrela ou Y: Um dos terminais das cargas é conectado a uma das fases do
sistema enquanto o outro terminal é conectado a um ponto comum que é o neutro
utilizado para se medir as tensões de fase.
Triângulo: Também chamado de Delta, nesta configuração um dos terminais
das cargas é conectado a um outro terminal de outra carga e as fases do sistema
são interligadas nos pontos de junção dos terminais da carga.
Na configuração em Estrela, podemos calcular o valor eficaz das 'tensões
de linha' a partir dos valores eficazes das 'tensões de fase':
E as 'correntes de fase' são idênticas às 'correntes de linha', pois a
corrente que circula por uma das cargas é a mesma que circula por uma das fases.
Estrela (símbolo: Y) Triângulo ou delta (símbolo: Δ)
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Na conexão triângulo ou delta a 'tensão de fase' é igual a 'tensão de linha'
pois a tensão aplicada sobre cada uma das cargas é a diferença entre as tensões
aplicadas às cargas vizinhas. E os valores eficazes das 'correntes de linha' podem
ser calculadas com os valores eficazes das 'correntes de fase':
6) O motor DC mais utilizado na aviação é do tipo?
Todos os motores elétricos valem-se dos princípios do eletromagnetismo,mediante os quais condutores situados num campo magnético e atravessados por
correntes elétricas sofrem a ação de uma força mecânica, ou eletroímãs exercem
forças de atração ou repulsão sobre outros materiais magnéticos.
Na verdade, um campo magnético pode exercer força sobre cargas elétricas
em movimento. Como uma corrente elétrica é um fluxo de cargas elétricas em
movimento num condutor, conclui-se que todo condutor percorrido por uma corrente
elétrica, imerso num campo magnético, pode sofrer a ação de uma força.
Num motor há dois eletroímãs em que um impulsiona o outro.
O eletroímã tem algumas vantagens sobre um ímã permanente:
1) Podemos torná-lo mais forte.
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2) Seu magnetismo pode ser criado ou suprimido.
3) Seus pólos podem ser invertidos.
Um ímã permanente tem os pólos norte-sul definidos. Um eletroímã também
os tem, mas a característica de cada pólo (norte ou sul) depende do sentido da
corrente elétrica.
Um dos eletroímãs de um motor tem uma posição fixa; está ligado à armação
externa do motor e é chamado campo magnético. O outro eletroímã está colocado
no eixo de rotação e tem o nome de armadura.
Quando se liga o motor, a corrente chega à bobina do campo, determinandoos pólos norte e sul. Há, também, o fornecimento de corrente ao ímã da armadura, o
que determina a situação norte ou sul dos seus pólos.
Os pólos opostos dos dois eletroímãs se atraem, como acontece nos ímãs
permanentes. O ímã da armadura, tendo movimento livre, gira, a fim de que seu pólo
norte se aproxime do pólo sul do ímã do campo e seu pólo sul do pólo norte do
outro.
Se nada mais acontecesse, o motor pararia completamente. Um pouco antes
de se encontrarem os pólos opostos, no entanto, a corrente é invertida no eletroímã
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da armadura, (com o uso de um comutador), invertendo, assim, a posição de seus
pólos; o norte passa a ser o que está próximo ao norte do campo e o sul passa a ser
o que está próximo ao sul do campo.
Eles então se repelem e o motor continua em movimento.
Esse é o princípio de funcionamento do motor de corrente contínua.
Os motores elétricos modernos, utilizados em eletrodomésticos e em
máquinas industriais, possuem um conjunto de espiras, que são ligadas e
desligadas, mantendo o motor sempre impulsionado.
Na aviação o Tipo de Motor DC mais utilizado é o Tipo Série. Nesse tipo de
motor os enrolamentos do campo que consistem relativamente de algumas espiras
de fio grosso são ligados em serie com o enrolamento do rotor.
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A mesma corrente que flui pelo campo flui também pelo enrolamento do
motor. Qualquer aumento na corrente, portanto, fortalece o magnetismo do campo e
do rotor.
Devido à baixa resistência nos enrolamentos, o motor enrolado em serie é
capaz de consumir uma grande corrente de partida.
A velocidade do motor em série depende da carga. Qualquer mudança na
carga é acompanhada por uma mudança substancial na velocidade.
7) Invertendo-se o sentido de fluxo de corrente num rotor de um motor
DC o que ocorre?
Quando se altera o sentido da corrente a posição dos pólos também se altera,
do Norte para o Sul e, do Sul para o Norte.
Desta forma o sentido de rotação do motor também se altera.
8) Um Alternador Trifásico possui três enrolamentos, espaçados de
modo que a tensão induzida em cada enrolamento esteja 120° elétricos fora de
fase com as tensões dos outros dois enrolamentos.
E 1
Im
ω
E 3
E 2
Re
Representação fasorial de um sistema de tensões trifásico.
Normalmente, nos trabalhos com sistemas c.a. as grandeza de tensão ecorrente são expressas pelos seus valores rms, dado por:
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2
EE
M=
9) Uma característica importante de um motor CA é?
A) ( ) CAMPO MAGNÉTICO;
B) ( ) CAMPO FIXO;
C) ( ) INDUZIDOS E CAMPOS FIXOS;
D) ( X ) INDUZIDOS E CAMPOS MÓVEIS.
Motor de Corrente Alternada: São os mais utilizados, porque a distribuição
de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Seu princípio de
funcionamento se baseia no campo girante (móvel), que surge quando um sistema
de corrente alternada trifásico é aplicada em pólos defasados fisicamente de 120º.
Dessa forma, como as correntes são defasadas 120º elétricos, em cada
instante, um par de pólos possui o campo de maior intensidade, causando a
associação vetorial desse efeito o campo girante (móvel).
Os principais tipos de Motores CA são:
Motor Síncrono: funciona com velocidade estável; utiliza-se de um induzido
que possui um campo constante pré-definido e, com isso, aumenta a resposta ao
processo de arraste criado pelo campo girante. É geralmente utilizado quando se
necessita de velocidades estáveis sob a ação de cargas variáveis. Também pode
ser utilizado quando se requer grande potência, com torque constante.
Motor de Indução: funciona normalmente com velocidade constante, que
varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande
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simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor mais utilizado de todos, sendo
adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas encontradas na prática.
Atualmente é possível controlarmos a velocidade dos motores de indução com o
auxílio de conversores de freqüência.
10) Um ciclo em CA representa?
Corrente alternada é aquela que varia com o tempo, geralmente de forma
senoidal, repetindo 60 ciclos/s ou 60 Hz (motores, geradores, transformadores,
retificadores, instalações elétricas industriais e prediais) e, 400 Hz na aviação.
1 - Elementos de uma onda2 - Distância3 - Deslocamentoλ - Comprimento de ondaγ - Amplitude
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Ciclo é a seqüência de valores representados pela senóide, corresponde a
todos os valores produzidos pelo movimento do condutor nos dois sentidos.
Qualquer das metades de senóide que representa o ciclo é chamado de
Alternação, e corresponde apenas aos valores produzidos pelo movimento do
condutor num dos sentidos.
Um ciclo recebe também o nome de Onda ou Onda Completa. Uma
alternação é conhecida também por Meio Ciclo, Meia Onda ou Alternância.
Matematicamente é dito que a alternância sobre o eixo de referência é
Positiva e a outra é Negativa.
Se o condutor continuar girando no campo magnético com velocidade
uniforme, outros ciclos serão produzidos.
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11) O termo freqüência refere-se?
Freqüência: É um termo empregado na Física para indicar a repetição de
qualquer fenômeno em um período de tempo.
A unidade de medida da freqüência é o hertz (Hz), em honra ao físico alemão
Heinrich Rudolf Hertz.
1 Hz corresponde a um evento que ocorre uma vez por segundo.
Alternativamente, podemos medir o tempo decorrido para a ocorrência do evento
(período).
Desse modo, a freqüência é o inverso deste tempo.
Símbolo - f
Unidade - HERTZ – Hz
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Sinal senoidal de freqüência f = 1 Hz, ou seja, com período 2π por
segundos, amostrado à taxa de 1 Hz.
12) Como podemos obter CC a partir de CA?
DIODOS: São componentes eletrônicos formados por semicondutores.
São usados como semicondutores, por exemplo, o silício e o germânio, que em
determinadas condições de polarização, possibilitam a circulação de corrente.
Externamente, os diodos possuem dois terminais: Ânodo (A) e o Cátodo (K)
e há, próximo ao terminal Cátodo uma faixa que o indica. Possui formato cilíndrico.
O diodo é a aplicação mais simples da união PN (semicondutores) e tem
propriedades retificadoras, ou seja, só deixa passar a corrente em um certo sentido
(Anodo-Catodo), sendo o contrário impossível, exceto nos diodos zenner, que nessa
condição deixam passar uma tensão constante.
Existem certas variações na sua apresentação, de acordo com a corrente que
o percorre. Existem também os diodos emissores de luz, os famosos LED's (light
emissor diode), que são representados por um diodo normal mais duas pequenas
flechas para fora, que indicam que emite luz.
Possuem as mesmas propriedades dos diodos normais, porém, é claro,emitem luz.
Os diodos possuem propriedades retificadoras.
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Isso quer dizer que eles só deixam a corrente fluir em um único sentido,
sendo o contrário impossível. Essa propriedade dos diodos é largamente utilizada
nos retificadores.
RETIFICADORES
São artifícios utilizados na eletrônica para transformar a corrente alternada emcorrente contínua. Isso pode se dar de diversas maneiras. Seja através de
retificadores de meia onda ou de onda completa. Os retificadores de onda completa
dividem-se em dois tipos: Os que precisam de tomada central no transformador e os
que não necessitam-na.
RETIFICADOR DE MEIA ONDA
Partindo de um transformador simples, basta acrescentar-lhe um diodo para
retificar a corrente em meia onda, onde só os semicilos positivos são aproveitados e
transformados em uma corrente constante (contínua):
RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA
Com o mesmo transformador do exemplo anterior é possível fazer um
retificador de onda completa.
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Sua vantagem é que ele conduz os semiciclos positivos e os negativos, de um
modo que haja uma tensão contínua positiva durante os dois semiciclos.
Durante cada semiciclo, sempre dois diodos estão em condução e dois
em corte:
RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM TRANSFORMADOR COMTOMADA CENTRAL
Outro método usado para retificar uma corrente alternada é através de um
transformador que possua tomada central. Esses transformadores são facilmente
encontrados atualmente.
Neles estão geralmente gravados "12 V + 12 V", por exemplo, o que indica a
tensão e o que não quer dizer que ele seja equivalente a um de 24 V.
Para realizar a retificação, basta colocar um diodo em cada um dos terminais
e reservar o terminal central para o negativo.
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13) A expressão “Em Fase” o que significa?
Em um circuito alimentado por um Alternador (Gerador CA), deve haver uma
certa relação de fase entre a Tensão e a Corrente Elétrica para que o circuito
funcione eficientemente.
Tal relação não somente deve haver em um sistema alimentado por dois ou
mais alternadores, mas também entre as tensões e correntes individuais. Dois
circuitos separados podem ser comparados pelas características de fase de cada
um.
Quando duas ou mais ondas senóidais passam por 0º e 180º
simultaneamente, e alcançam seus picos, existe uma condição “Em Fase”.
Os valores de pico (magnitudes), não tem que ser os mesmos para que a
condição “Em Fase” exista.
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Formas de onda “Em Fase” obtidas com os equipamentos de analise de
qualidade de energia.
-10
-5
0
5
10
0 45 90 135 180 225 270 315 360
v(t) i(t)
Forma de onda “Em Fase” de tensão e corrente
para um Resistor.
Quando as ondas senóidais passam por 0º e 180º em tempos diferentes, um
condição “Fora de Fase” existe.
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Na medida em que as duas ondas senóidais estão “Fora de Fase”, elas são
indicadas pelo número de graus elétricos entre os picos correspondentes das ondas
senóidais.
Defasagem entre a Corrente (I) e a Tensão Elétrica (V)
-10
-5
0
5
10
0 45 90 135 180 225 270 315 360
v(t) i(t)
Forma de onda Defasada de tensão e corrente
para um Indutor.
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-10
-5
0
5
10
0 45 90 135 180 225 270 315 360
v(t) i(t)
Forma de onda Defasada de tensão e corrente
para um Capacitor.
REFERÊNCIAS
CAVALCANTE, Paulo João Mendes. Fundamentos de Eletrotécnica para
Técnicos em Eletrônica. 13ª Edição. Rio de Janeiro - RJ. Livraria Freitas Bastos,
1981.
MARTIGNONI, Alfonso. Eletrotécnica. 2ª Edição. Porto Alegre - RS. Livraria
do Globo, 1974.
ALVARENGA, Álvares Beatriz e MÁXIMO, Ribeiro da Luz Antônio. Curso de
FÍSICA Volume 3. 2ª Edição. São Paulo - SP. Editora Harbra Ltda, 1987.
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Sites da Internet:
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA. Curso de EngenhariaElétrica. Motores AC e DC - Geradores AC e DC - Retificadores.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL. Curso de Engenharia
Elétrica. Motores AC e DC - Geradores AC e DC - Retificadores.
PONTIFÍCA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL. Cursode Engenharia Elétrica. Motores AC e DC - Geradores AC e DC - Retificadores.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA. Curso de Técnico em
Eletrotécnica e Engenharia Elétrica. Motores AC e DC - Geradores AC e DC -
Retificadores.
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