Gerador de Corrente Contínua

Gerador de Corrente Contínua

(Parte 1 de 2)

UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ

Campus Praça XI

Curso de Engenharia Elétrica

CEME

- Gerador de Corrente Contínua -

Professor Jorge Bitencourt

Turma 1001 – Sala 103

Aluno: Teo Pires Marques

Matrícula: 200602116859

Rio de Janeiro

Junho 2010

ÍNDICE

I – Índice de figuras......................................................................................................2

1 – Introdução...............................................................................................................3

2 – Histórico..................................................................................................................3

3 – Elementos de um gerador de corrente contínua....................................................5

3.1- Rotor......................................................................................................................6

3.1.1- Partes do Rotor....................................................................................................6 3.2- Anel Comutador......................................................................................................7

3.3- Estator....................................................................................................................7 3.4- Escovas..................................................................................................................8

4 – Circuito Magnético..................................................................................................8

5 - Princípio de funcionamento de um gerador cc......................................................10

6 – Excitações do campo magnético..........................................................................13

7 – Circuito equivalente do Gerador CC ....................................................................14

8 – Equações da tensão no gerador e regulação de tensão ....................................15

9 –Perdas e eficiências de um Gerador CC..............................................................16

10- Bibliografia............................................................................................................17

Índice de figuras

Figura 1 vista de um corte de um gerador cc............................................................5

Figura 2 – rotor de uma maquina de corrente contínua...............................................6

Figura 3 – comutador de um gerador cc......................................................................7

Figura 4 – estator de um gerador de corrente contínua...............................................7

Figura 5 – escovas de grafite e carvão para gerador cc..............................................8

Figura 6 – carcaças utilizadas para criação de um circuito magnético........................9

Figura 7 – Posição do Plano da Bobina de Fio..........................................................11

Figura 8 – principio do funcionamento do gerador de corrente contínua...................12

Figura 9 Diagrama de circuito com gerador excitado separadamente....................13

Figura 10 – diagrama de circuitos geradores de excitação série...............................13

Figura 11 – diagrama de circuitos geradores de excitação em derivação.................14

Figura 12 – diagrama de circuitos geradores de excitação composta.......................14

Figura 13– circuito de um gerador CC.......................................................................14

Figura em marca d’agua

Gerador de corrente contínua de Gramme - desenvolvido e comercializado por Zénobe Gramme (1826 – 1901) em 1874 para servir na indústria da galvanoplastia (máquina de oficina 15V, 300 A, 1500 RPM e 300kg)

Fonte: Manuel Vaz Guedes 2001 – Sistemas de geradores de energia elétrica

1- Introdução

Gerador de corrente contínua é uma máquina capaz de converter energia mecânica em energia elétrica ou energia elétrica em mecânica (motor).

A energia elétrica utilizada hoje em dia na distribuição e transporte da mesma é a corrente alternada, porém os motores de corrente contínua têm tradicionalmente grandes aplicações nas indústrias sendo que, são eles que permitem variação de velocidade como de uma esteira ou de um comboio por exemplo. Atualmente componentes eletrônicos de tensão alternada já são capazes de controlar a velocidade do motor assíncrono facilmente e pelo seu menor custo e recursos de aplicação estão substituindo os motores de corrente contínua na maior parte das aplicações.

O termo "gerador elétrico" se reserva apenas para as máquinas que convertem a energia mecânica em elétrica. Conforme as características da corrente elétrica que produzem, os geradores podem ser de corrente contínua (dínamos) e alternada (alternadores).

Além disso, quando se trata de um gerador de corrente continua, os mesmos princípios que formam a base de operação de maquina de corrente alternada e de corrente continua são governadas pelas mesmas leis fundamentais. Desta forma no calculo do torque desenvolvido por um dispositivo eletromecânico se aplica tanto para geradores CA, quanto para CC. À única diferença entre ambos são os detalhes de construção mecânica, isto também se aplica para força eletromotriz no rotor.

Portanto as maquinas CA não são fundamentalmente diferente das CC, ou seja, diferem somente em detalhes construtivos. Logo para que um gerador seja CC é necessário que haja uma força eletromotriz para assim produzir um campo magnético e em seguida gerar uma corrente que ao passar pelo anel comutador gere uma corrente continua.

2 – Histórico

Esta máquina que revolucionou o mundo em poucos anos, foi o último estágio de estudos, pesquisas e invenções de muitos cientistas, durante quase três séculos.

Em 1600 o cientista inglês William Gilbert publicou em Londres a obra intitulada De Magnete, descrevendo a força de atração magnética. O fenómeno da eletricidade estática já havia sido observado antes pelo grego Tales, em 641 a.C., ele verificou que ao fricionar uma peça de âmbar com um pano, esta adquiria a propriedade de atrair corpos leves, como pêlos, penas, cinzas, etc.

A primeira máquina eletrostática foi construída em 1663 pelo alemão Otto Von Guericke e aperfeiçoada em 1775 pelo suíço Martin Planta.

O físico dinamarquês Hans Christian Oersted, ao fazer experiências com correntes eléctricas, verificou em 1820 que a agulha magnética de uma bússola era desviada de sua posição norte-sul quando esta passava perto de um condutor no qual circulava corrente eléctrica. Esta observação permitiu a Oersted reconhecer a íntima entre o magnetismo e a electricidade, dando assim, o primeiro passo para em direcção ao desenvolvimento do motor eléctrico. O sapateiro inglês William Sturgeon – que paralelamente com sua profissão, estudava electricidade nas horas de folga – baseando-se na descoberta de Oersted constatou, em 1825, que um núcleo de ferro envolto por um fio condutor eléctrico transformava-se em um íman quando se aplicava uma corrente eléctrica, observando também que a força do íman cessava tão logo a corrente fosse interrompida. Estava inventado o eletroíman, que seria de fundamental importância na construção de máquinas eléctricas girantes.

Em 1832, o cientista italiano S. Dal Negro construiu a primeira máquina de corrente alternada com movimento de vaivém. Já no ano de 1833, o inglês W. Ritchie inventou o comutador construindo um pequeno motor eléctrico onde o núcleo de ferro enrolado girava em torno de um íman permanente. Para dar uma volta completa, a polaridade do eletroíman era alternada a cada meia volta através do comutador. A inversão da polaridade também foi demonstrada pelo mecânico parisiense H. Pixii ao construir um gerador com um íman em forma de ferradura que girava diante de duas bobinas fixas com um núcleo de ferro. A corrente alternada era transformada em corrente contínua pulsante através de um comutador.

Grande sucesso obteve o motor eléctrico desenvolvido pelo arquitecto e professor de física Moritz Hermann Von Jacobi – que, em 1838, aplicou-o a um bote. Alimentados por células de baterias, o bote transportou 14 passageiros e navegou a uma velocidade de 4,8 quilômetros por hora.

Somente em 1886 Siemens contruiu um gerador sem a utilização de íman permanente, provando que a tensão necessária para o magnetismo poderia ser retirado do próprio enrolamento do rotor, isto é, que a máquina podia se auto-excitar. O primeiro dínamo de Werner Siemens possuía uma potência de aproximadamente 30 watts e uma rotação de 1200rpm. A máquina de Siemens não funcionava somente como um gerador de electricidade, mas também podia operar como um motor, desde que se aplicasse aos seus bornes (Os conectores bornes são para a entrada de sinais elétricos ou de alimentação.) uma corrente contínua.

Em 1879, a firma Siemens & Halske apresentou, na feira industrial de Berlim, a primeira locomotiva eléctrica, com uma potência de 2 kW.

A nova máquina de corrente contínua apresentava vantagens em relação a maquina a vapor, a roda d’água e à força animal. Entretanto, o alto custo de fabricação e a sua vulnerabilidade em serviço (por causa do comutador) marcaram-na de tal modo que muitos cientistas dirigira sua atenção para o desenvolvimento de um motor eléctrico mais barato, mais robusto e de menor custo de manutenção. Entre os pesquisadores preocupados com esta idéia, destacam-se o jugoslavo Nikola Tesla, o italiano Galileu Ferrarris e o russo Michael Von Dolivo-Dobrovolski. Os esforços não se restringiram somente ao aperfeiçoamento do motor de corrente contínua, mas também se cogitou de sistemas de corrente alternada, cujas vantagens já eram conhecidas em 1881.

3 – Elementos de um gerador de corrente contínua.

As partes principais de um gerador de corrente continua são: O Rotor (armadura), Anel Comutador, Estator (parte fixa), Escovas.

Figura 1 – vista de um corte de um gerador cc

Fonte: http://www.oficinaecia.com.br/bibliadocarro/imagens/a247.jpg

3.1 - Rotor

Parte girante, montada sobre o eixo da máquina, construído de um material ferromagnético envolto em um enrolamento chamado de enrolamento de armadura e o anel comutador. O rotor gira por efeito de uma força mecânica externa. A tensão gerada na armadura é então ligada a um circuito externo, ou seja, o rotor do gerador libera corrente para o circuito externo. Este enrolamento suporta uma alta corrente em comparação ao enrolamento de campo e é o circuito responsável por transportar a energia proveniente da fonte de energia.

Figura 2 – rotor de uma maquina de corrente contínua

Fonte: http://homepages.which.net/~paul.hills/Motors/Starters/Rotor.jpg

3.1.1 - Partes do Rotor

Núcleo Magnético: é constituído de um pacote de chapas de aço magnético laminadas, com ranhuras axiais para alojar o enrolamento da armadura;

Enrolamento da Armadura: é composto de um grande número de espiras em série ligadas ao comutador. O giro da armadura faz com que seja induzida uma tensão neste enrolamento

Comutador: é constituído de lâminas de cobre (lamelas) isoladas umas das outras por meio de lâminas de mica (material isolante). Tem por função transformar a tensão alternada induzida numa tensão contínua.

Eixo: é o elemento que transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor a uma carga a ele acoplada.

3.2 - Anel Comutador

Responsável por realizar a inversão adequada do sentido das correntes que circulam no enrolamento do rotor, constituído de um anel de material condutor, segmentado por um material isolante de forma a fechar o circuito entre cada uma das bobinas do enrolamento de armadura e as escovas no momento adequado. O anel é montado junto ao eixo da máquina e gira junto com o mesmo. O movimento de rotação do eixo produz a comutação entre os circuitos dos enrolamentos.

Figura 3 – comutador de um gerador cc

Fonte: http://www.ebah.com.br/gerado-de-corrente-continua-docx-a54374.html

3.3 - Estator

Parte estática da máquina, montada em volta do rotor, de forma que o mesmo possa girar internamente. Também é constituído de material ferromagnético, envolto em um enrolamento de baixa potência chamado de enrolamento de campo que tem a função apenas de produzir um campo magnético fixo para interagir com o campo do rotor. A fonte de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de excitador, ou proveniente do própio rotor.

Figura 4 - estator de um gerador de corrente contínua

Fonte: http://4.bp.blogspot.com/_1Zhsre0yUpg/SiF2Cq0-v7I/AAAAAAAAABE/o605-0JUECQ/S692/DSC00128.JPG

3.4 - Escovas

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