Geradores de corrente continua(GCC)

JHONES MATTOSTHIAGO COSTA VINICIUS RONCETEWILLIAM DE OLIVEIRA

Geradores de corrente continua(GCC)

Fonte de alimentação de corrente contínua de um gerador de usina hidrelétrica. (foto: David Gubler/ Wikimedia Commons)

O ano de 1886 pode ser considerado, como o ano de nascimento da máquina elétrica, pois foi nesta data que o cientista alemão Werner von Siemens inventou o primeiro gerador de corrente contínua auto-induzido.

A primeira máquina electrostática 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 ligação entre o magnetismo e a electricidade, dando assim, o primeiro passo para em direcção ao desenvolvimento do motor eléctrico.

Somente em 1886 Siemens construiu 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 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.

O que é um gerador de corrente contínua?

Gerador de corrente contínua é uma máquina capaz de converter energia mecânica em energia elétrica .

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).

Também chamados Dínamos.

Qual a diferença entre gerador CC e gerador CA?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.

À única diferença entre ambos são os detalhes de construção mecânica, isto também se aplica para força eletromotriz no rotor.

Qual a diferença entre gerador CC e gerador CA?

A grande dificuldade dos motores C é a sua manutenção, pois, suas peças como as escovas e o comutador, são muito complexas, exigindo conhecimento técnico apurado, habilidade e um programa de manutenção eficiente.

Os motores elétricos de corrente alternada, em especial os Motores de Indução Trifásicos, são construtivamente muitos mais simples e robustas do que os motores de corrente contínua.

Se compararmos um motor C e um motor CA de indução trifásico, ambos com a mesma potência, o motor CA terá tamanho menor, com 20 a 40% a menos de massa que o motor C. Isto justifica o fato de esta máquina ter um custo de aquisição e manutenção menor do que o motor C.

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.

Como funciona um gerador CC?

Então,

1º vamos verificar os elementos de gerador cc?

O entendimento do seu funcionamentoauxiliará no entendimento do funcionamentodo motor CC que é basicamente o mesmoequipamento!

Vamos assistir um video com uma animação da montagem de um gerador de corrente contínua.

Elementos de um gerador CC?

Rotor

Núcleo ferromagnético: constituído por chapas de aço magnético laminadas com ranhuras axiais para alojar o enrolamento da armadura.

Partes do rotor:

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

Eixo: Transmite a potência mecânica externa ao rotor.

Elementos de um gerador CC?

Rotores:

A Usina Hidrelétrica Teles Pires (UHE Teles Pires) – realizou no dia 24/11/2014 a descida do rotor da sua segunda Unidade Geradora (UG).Com 720 toneladas, 2,60 metros de altura e 16,49 m de diâmetro que possibilitam uma rotação nominal de até 75 voltas por minuto.

Elementos de um gerador CC?

ANEL COMUTADOR / COLETOR

Realiza a inversão adequada do sentido das correntes que circulam no enrolamento do rotor.

É constituído de um anel de lâminas de material condutor (cobre), segmentado por um material isolante (mica) de forma a fechar o circuito entre cada uma das bobinas do enrolamento de armadura e as escovas no momento adequado.

É montado junto ao eixo da máquina e gira junto com o mesmo.

Elementos de um gerador CC?

ANEL COMUTADOR / COLETOR

Anel comutador motor cc

Elementos de um gerador CC?

Elementos de um gerador CC?

ESCOVAS:

Podem ser de carvão, de metal, macias ou duras.

Sevem de contato entre o coletor e a carga.

É posicionada no porta escovas onde é comprimida por meio de uma mola contra o coletor.

Elementos de um gerador CC?

ESCOVAS:

Escovas que alimentam o induzido com corrente elétrica contínua

Porta Escova Motor Partida Delco Remy 29MT 24V Mercedes-Benz VW Volvo

As fibras de carbono funcionam em máquinas elétricas que usam a alimentação CA (corrente alternada) ou CC (corrente contínua), ou uma combinação de ambos.

Elementos de um gerador CC?

ESCOVAS:

Elementos de um gerador CC?

ESTATOR :

Parte estática do gerador, montada em volta do rotor.

Constituído de material ferromagnético envolto num enrolamento de baixa potência – enrolamento de campo.

Produz campo magnético fixo para interagir com o do rotor.

A fonte de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de excitador, ou proveniente do próprio rotor.

Elementos de um gerador CC?

ESTATOR :

Estator da Máquina Elétrica Girante é da categoria de Motores Elétricos Industriais de Média Tensão

Elementos de um gerador CC?

ESTATOR :

Estator do Motor WEG 7bc35

Estator do Motor trifasico

Elementos de um gerador CC?ESTATOR :

VISÃO DE ESTATOR EXPLODIDO

Elementos de um gerador CC?VENTILAÇÃO:

O ventilador é o mecanismo responsável porventilar o gerador. Todo o motor é dimensionado de modo que a sua velocidade nominal de rotação gire o ventilador rápido o suficiente para que o fluxo de ar através das aletas de suacarcaça (modelos blindados) ou através de seu interior (modelos abertos) seja o necessário para resfriá-lo dentro das condições nominais de operação do motor.

Elementos de um gerador CC?

TIPOS DE VENTILAÇÃO:

Elementos de um gerador CC?

TIPOS DE VENTILAÇÃO:

Elementos de um gerador CC?

TIPOS DE VENTILAÇÃO:

Elementos de um gerador CC?

TIPOS DE VENTILAÇÃO:

VENTILAÇÃO DO MOTOR BLINDADO

Elementos de um gerador CC?

Um gerador pode possuir de 2 a vários pólos.

A figura mostra uma máquina bipolar e uma máquina hexapolar.

Para que um gerador seja classificado como gerador de corrente contínua, ele deve atender a dois critérios:

Como funciona um gerador cc?

primeiro, a corrente fornecida pelo gerador tem de ser conduzida por um circuito de fios especializados no interior do gerador, que gira constantemente;

segundo, a corrente elétrica gerada pelo circuito de fios deve se movimentar em apenas uma direção, e não em duas.

Esses critérios são atendidos e gerenciados por uma parte do equipamento chamada comutador.

Como funciona um gerador cc?

Como funciona um gerador cc?Dentro de um gerador de CC, o comutador é dividido em dois segmentos.

Os dois segmentos são isolados, portanto nenhuma eletricidade é transmitida diretamente de uma parte do comutador para a outra.

O circuito de fios que gira está conectado às duas extremidades do comutador. Há também duas escovas de carbono conectadas ao comutador.

Como funciona um gerador cc?

Como funciona um gerador cc?Todos os componentes no interior de um gerador CC são sincronizados para operar em intervalos de tempo muito específicos.

Quando a corrente elétrica está entrando no gerador, o segmento do comutador que mantém a eletricidade que estará saindo da corrente está sempre tocando a escova de carbono que envia a carga para fora da unidade.

A eletricidade é essencialmente “varrida” do comutador para os dispositivos elétricos conectados ao gerador pela escova.

Como funciona um gerador cc?

Ao aumentar o número de lâminas do comutador, a tensão obtida tem menor ondulação deixando à tensão cada vez mais contínua.

Existem cinco tipos de geradores cc (corrente contínua) que são classificados de acordo com a maneira pela qual o fluxo de campo é produzido:

1.) Gerador de excitação separada: nesse tipo, o fluxo de campo é produzido por uma fonte de potência separada independente do próprio do gerador;

2.) Gerador shunt: o fluxo de campo é produzido através da conexão do circuito de campo diretamente aos terminais do gerador;

Tipos de geradores cc?

3.) Gerador série: O fluxo de campo é produzido pela conexão do circuito de campo em série com a armadura do gerador;

4.) Gerador composto cumulativo: ambos campos shunt e série estão presentes e seus efeitos são aditivos;

5.) Gerador composto diferencial: ambos campos série e shunt estão presentes e seus são subtrativos.

Tipos de geradores cc?

Gerador com excitação independente

Sabemos que uma forma de classificar os geradores cc está baseada no modo pelo qual o enrolamento de campo é excitado.

O objetivo da excitação do enrolamento de campo é estabelecer um valor de fluxo magnético para produção da tensão

Gerador com excitação independente

GERADOR SHUNT CC

Trata-se de um gerador que supre sua própria corrente de campo por ter seu enrolamento de campo conectado diretamente através dos terminais da máquina.

A vantagem que ele apresenta em relação ao gerador cc de excitação separada é que ele não precisa de nenhuma fonte de potência externa para suprir o circuito de campo.

GERADOR SHUNT CC (exitação por derivação

Fluxo remanescente ( devido a última utilização) induz

uma pequena fem;

A fem produz uma pequena corrente de excitação;

O fluxo aumentado produz + fem e logo + corrente;

A fem cresce até estabilizar limitada pela saturação

magnética

GERADOR SHUNT CC

A característica terminal de um gerador shunt cc difere daquela apresentada pelo gerador de excitação separada.

Isto ocorre porque a quantidade de corrente de campo na máquina depende da sua tensão terminal.

Para compreender a característica terminal de um gerador shunt, liga-se a máquina sem carga e coloca-se carga aos poucos para verificar o que acontece.

GERADOR SHUNT CC

À medida que a carga do gerador aumenta, a corrente de armadura também aumenta.

Um aumento na corrente de armadura, causa um aumento da queda de tensão na resistência do circuito de armadura.

Em função do decréscimo da tensão terminal, a corrente de campo também diminui.

GERADOR SHUNT CC

O fluxo na máquina também diminui, o que implica diminuição da tensão interna gerada.

O decréscimo da tensão interna gerada favorece ainda mais a redução da tensão terminal.

GERADOR SÉRIE CC

Um gerador série é aquele cujo enrolamento de campo está conectado em série com o enrolamento de armadura, fig (b).

Nesse gerador, o enrolamento série é constituído por pouca espiras. Isto é o contrário do campo shunt que possui muitas espiras.

No campo série, a seção transversal dos condutores também é maior do que no campo shunt.

GERADOR SÉRIE CC

GERADOR COMPOSTO CUMULATIVO

Um gerador cc composto cumulativo é um gerador cc com ambos campos shunt e série conectados de tal maneira que as forças magnetomotrizes dos dois campos se somam.

Existem dois tipos de circuitos que representam o comportamento do gerador composto:

Shunt longa

Shunt curta

GERADOR COMPOSTO CUMULATIVO

O circuito abaixo é de um composto curto

GERADOR COMPOSTO CUMULATIVO

A força magnetomotriz total, desconsiderando o efeito da reação de armadura é:

Em que o primeiro termo é a força magnetomotriz total, o segundo a força magnetomotriz produzida pelo enrolamento de campo shunt e o terceiro termo a força magnetomotriz produzida pelo enrolamento série.

T SH SEF =F +F

GERADOR COMPOSTO

Gerador Composto Diferencial

Trata-se de um gerador com ambos campos shunt e série. Entretanto a força magnetomotriz resultante é a diferença entre as forças magnetomotrizes do campo shunt e do campo série, nesta ordem.

FT=FSH – FSE

Onde o primeiro termo é a força magnetomotriz total, o segundo a força magnetomotriz do campo shunt e a terceira a do campo série.

Vamos entender um pouco de motores elétricos, mas especificamente sua placa identificadora. Todo motor elétrico possui uma placa identificadora colocada pelo fabricante de acordo com a norma NBR 7094 .

PLACA IDENTIFICADORA DO MOTOR ELÉTRICO

Aqui temos a infomação sobre a potência nominal do motor.Um motor de 3,7 KW e dentro do parenteses 5 CV.

Definição : Cada cavalo tem 736 watts, portanto 5 cv x 736 w = 3.700 watts .

RPM ( rotações por minuto ), trata-se de um motor de 2 polos,um motor de alta rotação assíncrona .velocidade assíncrona é a rotação medida no eixo do motor. Em síntese, é a verdadeira rotação do motor, descontado-se as perdas; daí o nome de motor assíncrono (em português assíncrono significa fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magnético e a do eixo do motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal, é o valor da velocidade assíncrona.

Fator de serviço é um multiplicador que, quando aplicado à potência nominal do motor elétrico, indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e freqüência nominais e com limite de elevação de temperatura do enrolamento. A utilização do fator de serviço implica uma vida útil inferior aquela do motor com carga nominal

. O fator de serviço não deve ser confundido com a capacidade de sobrecarga momentânea que o motor pode suportar. Para este caso, o valor é geralmente de até 60% da carga nominal durante 15 segundos.

Exemplo : motor de 8,7 A e FS 1,15 Corrente máxima admissível = 8,7 A x 1,15 = 10,005 A

É a determinação da temperatura máxima de trabalho,que o motor pode suportar continuamente sem ter prejuízos em sua vida útil.A classe de cada motor,é em função de suas características construtivas. As classes de isolamento padronizadas para máquinas elétricas são:

CLASSE A - 105°C;

CLASSE E - 120°C; CLASSE B - 130°C; CLASSE F - 155°C; CLASSE H - 180°C.

Os motores elétricos solicitam da rede de alimentação, durante a partida, uma corrente de valor elevado, da ordem de 6 a 10 vezes a corrente nominal. Este valor depende das características construtivas do motor e não da carga acionada.

A corrente é representada na placa de identificação pela sigla Ip/In (corrente de partida / corrente nominal).Atenção: Não se deve confundir com a sigla IP, que significa grau de proteção.

A carga influencia apenas no tempo durante o qual a corrente de acionamento circula no motor e na rede de alimentação (tempo de aceleração do motor).

É a indicação das características física dos equipamentos elétricos, referenciando-se a permissão da entrada de corpos estranhos para seu interior. É definido pelas letras IP seguidas por dois algarismos que representam:

1º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental0 - sem proteção1 - corpos estranhos de dimensões acima de 50 mm2 - corpos estranhos de dimensões acima de 12 mm4 - corpos estranhos de dimensões acima de 1 mm5 - proteção contra acúmulo de poeiras prejudicial ao equipamento6 - proteção total contra a poeira

2º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de água no interior do equipamento:0 - sem proteção1 - pingos de água na vertical2 - pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical3 - água de chuva até a inclinação de 60º com a vertical4 - respingos de todas as direções5 - jatos de água de todas as direções6 - água de vagalhões7 - imersão temporária8 - imersão permanente

Exemplo: grau de proteção IP55: proteção completa contra toques, acúmulo de poeiras nocivas e jatos de água de todas as direções .

A tensão de funcionamento na grande maioria dos motores elétricos são fornecidos com os terminais religáveis, de modo que possam funcionar ao menos em dois tipos de tensões. No caso da nossa placa 220 volts e 380 volts .

A corrente nominal é lida na placa de identificação do motor, ou seja, aquela que o motor absorve da rede quando funcionando à potência nominal, sob tensão e freqüência nominais.Quando houver mais de um valor na placa de identificação, cada um refere-se atensão ou a velocidade diferente.

O motor trifásico é um consumidor de carga elétrica equilibrada. Isto significa que todas as suas bobinas são iguais, ou seja, têm a mesma potência, são para mesma tensão e conseqüentemente, consomem a mesma corrente. Logo, as correntes medidas nas três fases sempre terão o mesmo valor.

Cada tipo de máquina exige uma condição de carga diferente do motor. Um ventilador ou uma bomba centrífuga, por exemplo, solicita carga contínua, enquanto uma prensa puncionadora, um guindaste ou uma ponte rolante solicita carga alternada (intermitente).

Quando os regimes padrões não se enquadram exatamente com o perfil da máquina, deve escolher um motor para condições no mínimo mais exigentes que a necessária.Os regimes padronizados estão definidos a seguir:- reg. contínuo (S1)- reg. de tempo limitado (S2)- reg. intermitente periódico (S3)- reg. intermitente periódico com partidas (S4)- reg. intermitente periódico com frenagem elétrica (S5)- reg. contínuo com carga intermitente (S6)- reg. contínuo com frenagem elétrica (S7)- reg. contínuo com mudança periódica na relação carga/velocidade de rotação (S8)- reg. especiais.Nas placas dos motores consta seu tipo de regime (Sx). Alguns regimes são acompanhados de dados suplementares (Exemplo: S2 60 minutos).

Frequência nominal de trabalho do motor. quanto maior a frequência de um motor , maior vai ser a sua velocidade.

Um motor elétrico não apresenta o mesmo conjugado para diferentes rotações. A medida que vai acelerando, o valor do conjugado altera, adquirindo valores que vão depender das características de construção do motor (normalmente do formato do rotor). A variação do conjugado não é linear e não existe relação de proporcionalidade com a rotação.Existem três categorias de conjugados definidos por norma que determinam a relação do conjugado com a velocidade e a corrente de partida dos motores trifásicos, sendo cada uma adequada a um tipo de carga.

Categoria N – conjugado de partida normal, corrente de partida normal, baixo escorregamento. A maior parte dos motores encontrados no mercado pertencem a esta categoria, e são indicados para o acionamento de cargas normais como bombas e máquinas operatrizes.

Categoria H – conjugado de partida alto, corrente de partida normal, baixo escorregamento.Empregado em máquinas que exigem maior conjugado na partida como peneiras, transportadores carregadores, cargas de alta inércia e outros.

Categoria D – conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto escorregamento (superior a 5%). Usado em prensas concêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos, em elevadores e cargas que necessitem de conjugados de partida muito altos e corrente de partida limitada.

A energia elétrica absorvida da rede por um motor elétrico é transformada em energia mecânica disponível no eixo. A potência ativa fornecida pela rede não será cedida na totalidade como sendo potência mecânica no eixo do motor.A potência cedida sofre uma diminuição relativa as perdas que ocorrem no motor. O rendimento define a eficiência desta transformação sendo expresso por um número(<1) ou em percentagem.

Exemplo : Qual é a potência fornecida por um motor trifásico, com rendimento de90%, que recebe uma potência de 15,5 kW?P = 15,5 kW x 0,90P = 13,95 kW

Esquema de ligação são dois tipos:

1 – triangulo 220 v

2 – estrela 380 v

Conclusão.

Em termos gerais os geradores são maquina elétricas, são um grupo de aparelhos que se utilizam para converter a energia mecânica em elétrica, ou ao inverso, com meios electromagnéticos. A uma máquina que converte a energia mecânica em elétrica se lhe denomina gerador, alternador ou dínamo

motoreletrico.wordpress.com/2012/09/10/a-historia-do-motor-eletrico

http://www.confiman.com.br/site/servicos.php

http://www.uhetelespires.com.br/site/2014/12/03/uhe-teles-pires-instala-o- rotor-da-segunda-unidade-geradora

policenter.wordpress.com

http://www.buscarioli.com.br/maquina-eletrica-girante.html

http://www.ehow.com.br/funciona-gerador-cc-como_8707/

http://www.motoreletrico.net/upload/materiais_motores.pdf

BIBLIOGRAFIA

Livro: Fundamentos de Máquinas Elétricas – Vicent Del Toro -

PERGUNTAS?

VIDEO CURIOSIDADE, UMS DOS MAIORES MOTORES DO MUNDO.