Tipos de Máquinas elétricas
Máquinas de corrente contínua:
Gerador e motor de corrente contínua
Máquinas de corrente alternada
Gerador (alternador) e motor síncrono
Motor assíncrono (Motor de Indução Trifásico)
Os mesmos princípios fundamentais formam a base
da operação tanto de máquinas ca como cc, que são
governadas pelas mesmas leis fundamentais.
Máquinas Elétricas
GERADOR MOTOR
Converte energia
mecânica em energia
elétrica.
Converte energia elétrica
em mecânica
A conversão eletromecânica de energia envolve a troca de
energia entre um sistema elétrico e um sistema mecânico
através de um campo magnético de acoplamento.
Torque eletromagnético
Visto que a conversão eletromecânica de energia
envolve a troca entre um sistema elétrico e mecânico,
as grandezas fundamentais no sistema mecânico são
o torque e a velocidade e as grandezas análogas
aos sistema elétrico são a corrente e a tensão.
Sistema
Elétrico
Sistema
Mecânico Campo de
Acoplamento
e, i T, ωm
Partes construtivas
A máquina CC é constituída por duas partes principais:
1) Enrolamento de campo: Parte fixa destinada fundamentalmente à criação de densidade de fluxo magnético no indutor e;
2) Enrolamento de armadura: Parte móvel, designada por induzido, na qual se processa a conversão de energia mecânica em elétrica (gerador elétrico) ou a conversão de energia elétrica em mecânica (motor elétrico). Onde a fem de trabalho é induzida.
As partes fixas e móveis estão separadas uma da outra por um entreferro.
Partes construtivas
Na máquina CC a circulação de corrente contínua nas
bobinas estabelece uma distribuição de campo
magnético ao longo da periferia do entreferro.
Portanto, em uma máquina CC o enrolamento de
campo está no estator e o enrolamento de armadura
está no rotor.
O rotor é formado por um núcleo laminado, que tem
ranhuras para acomodar o enrolamento de armadura.
Partes construtivas ARMADURA
Gerador: A armadura gira por efeito de uma força mecânica externa. A tensão gerada na armadura é ligada a um circuito externo. A armadura do gerador libera corrente para um circuito externo (a carga).
Motor: Recebe a corrente de uma fonte elétrica externa, isso faz a armadura girar. A armadura recebe a corrente de um circuito externo (a fonte de alimentação).
Partes construtivas
ANEL COMUTADOR
Converte a corrente alternada que passa pela sua armadura
em corrente contínua liberada através de seus terminais (no
caso do gerador).
O comutador é constituído por segmentos de cobre com um
par de segmentos para cada enrolamento da armadura.
Os segmentos são montados em torno
do eixo da armadura e são isolados do
eixo e do ferro da armadura.
Partes construtivas ESCOVAS
São conectores de grafite fixos, montados sobre molas que permitem que eles deslizem (ou escovem) sobre o comutador no eixo da armadura.
Conduzem a corrente contínua para ou do enrolamento de armadura, dependendo se está ocorrendo uma ação de motor ou gerador.
As escovas servem de contato entre
os enrolamentos da armadura e a carga
externa.
Partes construtivas
ENROLAMENTO DE CAMPO
Este eletroímã produz o fluxo interceptado pela armadura.
Em um motor, a corrente para o campo é fornecida pela
mesma fonte que alimenta a armadura.
Em um gerador, a fonte de corrente de campo pode ser uma
fonte separada, chamada de excitador, ou proveniente da
própria armadura
ESTATOR: onde o enrolamento de campo é alojado;
ROTOR: onde o enrolamento induzido é alojado.
Principio de Funcionamento das
Máquinas Elétricas Todas as máquinas elétricas funcionam segundo a Lei de
Faraday-Lenz.
Todo condutor elétrico que se movimenta com uma dada
velocidade dentro de um campo magnético surge uma tensão
entre os seus terminais. A tensão obtida por meio deste fenômeno
é chamada de tensão induzida (fem de velocidade), a qual é dada
pela seguinte expressão.
e = b.l.v
e = tensão induzida, Volts.
b = indução magnética, Tesla.
l = comprimento do condutor, metros.
v = velocidade do campo, m/s
Gerador de corrente contínua
Os geradores CC, também conhecidos como dínamos,
são máquinas que recebem energia mecânica no eixo e
fornecem energia elétrica sob a forma de corrente
contínua.
Diferem, portanto, dos diversos dispositivos retificadores,
onde não intervém a energia mecânica.
Apenas o resultado obtido é o mesmo: energia elétrica de
polaridade constante e de intensidade fixa no tempo.
Princípio de funcionamento
Gerador de corrente contínua
O princípio de funcionamento de um gerador CC é muito
simples. A máquina consta de um circuito destinado a
criar um campo magnético, cujo fluxo corta um outro
circuito, este destinado a gerar corrente elétrica.
Todo funcionamento é baseado na Lei de Faraday-Lenz.
Fazendo-se com que ocorra a variação do fluxo
magnético, aparecem “fem’s” induzidas no circuito, que
tendem a se opor à variação de fluxo.
Essas “fem’s”, quando ligadas a um circuito externo
originam a passagem de corrente elétrica.
Na figura pode-se observar uma espira colocada entre dois
polos magnéticos, um Norte e outro Sul. Girando-se a espira
em torno de seu eixo, cria-se um movimento relativo entre o
campo e a espira.
A espira fica sujeita a um fluxo magnético variável, que faz
com que nela apareça uma fem induzida, aparece, portanto,
uma diferença de potencial que alimenta um circuito externo.
A fem induzida é, portanto, alternada, variando no tempo seguindo a lei senoidal.
Assim, mesmo nos geradores CC, a fem induzida ou gerada nas bobinas é da forma alternada.
Como nos terminais do gerador a tensão é da forma contínua, pode-se concluir que existe um dispositivo que permite a transformação de energia alternada em contínua.
Esse dispositivo recebe o nome de coletor ou comutador.
No entanto, podemos tornar essa fem unidirecional se
invertermos os terminais do condutor sempre que a fem
inverte o seu sinal.
Isto é, se a fem gerada na espira for captada por duas
escovas condutoras, cada uma delas em contato com um
segmento (semi-anel) do comutador, a corrente resultante
terá sempre o mesmo sentido, embora o seu valor não seja
constante.
A energia elétrica obtida ainda não é do tipo “corrente contínua
constante”. Porém, foi analisado o caso de apenas uma espira.
Utilizando-se duas espiras, perpendiculares e um anel dividido
em quatro partes, tem-se o dispositivo abaixo.
Quanto maior o numero de espiras mais próximo da corrente
contínua estar-se-á, podendo-se dizer que em todas as máquinas
práticas a corrente obtida é perfeitamente contínua.
As máquinas utilizam o induzido composto de várias espiras,
sendo que cada espira é ligada a uma parte do anel comutador.
Graças a ele que se pode obter a corrente contínua.
Motor de corrente contínua
Embora a construção mecânica de motores e geradores
CC seja muito parecida, as funções são diferentes.
A função de um gerador é de gerar uma tensão quando os
condutores e deslocam através de um campo, enquanto
um motor serve para produzir um esforço para a rotação,
ou torque, para produzir rotação mecânica.
Num motor CC, a energia elétrica de corrente contínua é
levada até o enrolamento da armadura para fazê-lo girar e
gerar trabalho.
Princípio de funcionamento
Quando a armadura gira,
seus condutores cortam o
campo principal e com isto
tensão é gerada nos
enrolamentos da armadura.
Esta tensão, por se opor à fonte de tensão externa, é
chamada de Força Contra-eletromotriz (f.c.e.m.).
Princípio de funcionamento
O funcionamento do motor
CC baseia-se nas forças
resultantes da interação
entre o campo magnético
e a corrente que circula
na armadura.
O condutor da esquerda tende a se deslocar para cima com uma força F1, e o condutor da direita tende a se deslocar para baixo com uma força igual F2.
As duas forças agem de modo a produzir um torque que faz a bobina girar no sentido horário.
Sentido da Força no Motor CC
Regra da mão esquerda
Indicador: sentido do campo
Médio: sentido da corrente
Polegar: sentido do
descolamento do condutor
O torque T produzido por um motor é
proporcional à intensidade do campo
magnético e à corrente da armadura.
Princípio de funcionamento Um motor constituído por apenas uma bobina é
impraticável, porque ele tem centros mortos e o torque produzido é pulsante.
Obtém-se bons resultados quando se usa um grande número de bobinas como é o caso do motor de 4 polos.
Á medida que a armadura gira e os condutores se afastam de um polo passando pelo plano neutro, a corrente muda de sentido nos condutores em virtude da ação do comutador
Assim, os condutores sob um dado polo conduzem a corrente no mesmo sentido em todos os instantes.
Requisitos de partida dos motores CC
Há duas exigências durante a partida dos motores.
1. Tanto o motor quanto as linhas de alimentação
devem estar protegidos contra um fluxo excessivo
de corrente durante o período da partida (coloca-se
uma resistência externa em série com o circuito da
armadura).
2. O torque de partida no motor deve ser o maior
possível para fazer o motor atingir a sua velocidade
máxima no menor tempo possível.
Perdas na Máquina CC
Perdas no cobre
Perdas por efeito joule
Perdas mecânicas ou rotacionais
Perdas no ferro:
Perdas por correntes parasitas ou Correntes de Foucault.
Perdas por histerese magnética
Perdas por atrito
Atrito no rolamento;
Atrito nas escovas;
Perdas por vento ou atrito com o ar.
Aplicações
As máquinas de corrente contínua possuem torques de partida elevados, assim como torques de aceleração e desaceleração elevados.
Os motores CC são empregados em todos os setores industriais.
Exige-se, para a alimentação desses motores fontes de CC de potência elevada e é onde aparecem os geradores de CC.
Utilizados também nas usinas de geração de energia elétrica em corrente alternada.
Top Related