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Introdução e Generalidades
INTRODUÇÃO E G ENERALIDADES
Classificação das máquinas eléctricas
É grande, como se sabe, a variedade de máquinas eléctricas existentes actualmente na indústria, comércio e mesmo no utilizador doméstico. Com efeito, a diversidade de tarefas a executar, condições de utilização, características dos locais, tipo de corrente eléctrica e exigências económicas impõem, caso a caso, características específicas para cada máquina a utilizar.
Deste modo, a escolha de uma máquina eléctrica para um dado local e função é feita criteriosamente de modo a atender simultaneamente ao seu preço e às suas características técnicas, respondendo assim o mais adequadamente possível à situação existente. Passaram-se de facto muitas décadas desde a utilização da máquina a vapor.
A máquina eléctrica, generalizada em todos os domínios, produz uma energia mais limpa, com maior rendimento, maior gama de soluções e aplicações e ainda com maior distribuição geográfica dada a facilidade na transmissão da energia eléctrica através da rede de transporte e distribuição.
De entre as máquinas eléctricas, a primeira a ser utilizada foi a de corrente contínua (c. c.), já que a distribuição de energia era feita inicialmente em corrente contínua. Com a descoberta do transformador, o qual funciona em corrente alternada (c. a.), a distribuição de energia passou a ser feita quase totalmente em corrente alternada, o que conduziu à generalização da utilização de máquinas de corrente alternada.
Actualmente a maior percentagem de máquinas em funcionamento é, de longe, em corrente alternada. Há casos, no entanto, em que a máquina de corrente contínua desempenha ainda um papel importante, conforme iremos ver.
As grandezas eléctricas e mecânicas principais que condicionam a escolha de uma determinada máquina eléctrica rotativa são: o tipo de corrente (contínua ou alternada), a tensão utilizada, a frequência ou gama de frequências, a velocidade ou gama de velocidades, a potência útil, o rendimento eléctrico, o binário motor útil, o binário de arranque, o binário resistente, a corrente nominal e a corrente de arranque.
Estas grandezas são de facto bastante importantes na decisão quanto à escolha do tipo de máquina a utilizar, nomeadamente quanto à facilidade na diminuição das correntes de arranque, quanto à facilidade no controlo de velocidade e quanto ao valor do binário de arranque necessário para arrancar com uma determinada carga, entre outras condicionantes. Na verdade, cada máquina tem as suas características e potencialidades próprias que permitem responder mais ou menos adequadamente a cada situação. Mas vejamos como são classificadas as máquinas eléctricas.
No quadro 1 apresenta-se uma classificação resumida.
Introdução e Generalidades
Conforme se pode constatar, é enorme a diversidade de tipos de máquinas, quanto à sua constituição e função, havendo ainda soluções diferentes para muitos dos tipos indicados no Quadro.
O transformador é uma máquina estática (não rotativa) , e só se fará a sua referência de modo a enquadrá-lo no conjunto das máquinas. Na prática, quando se fala em máquinas eléctricas pretende-se geralmente fazer referência à máquina rotativa, embora todas elas (as estáticas e as rotativas) sejam máquinas eléctricas.
A importância e aplicação da máquina eléctrica rotativa são por demais reconhecidas. É utilizada em aplicações tão diversificadas como: fresadoras, tornos, engenhos de furar, bombas de água, elevadores, compressores, aspiradores, utensílios de cozinha, etc.
De entre a categoria dos motores temos como o mais difundido, pelas vantagens que apresenta, o motor assíncrono (seja o trifásico, ou o monofá- sico). Em capítulos seguintes veremos, com conheci- mento de causa, as razões pelas quais são escolhidos, em cada caso, cada um dos tipos de máquinas referidos.
Breve recapitulação das leis do Electromagnetismo
Globalmente, temos apenas dois tipos principais de máquinas rotativas: o gerador e o motor. O gerador transforma energia mecânica em energia eléctrica; neste caso a energia mecânica é a energia absorvida e a energia eléctrica é a energia fornecida ou útil. O motor transforma energia eléctrica em energia mecânica; neste caso a energia eléctrica é a energia absorvida e a energia mecânica é a energia fornecida ou útil.
Na figura 1 apresentam-se, sob a forma de diagrama, os dois tipos de transformação energética.
O princípio de funcionamento destas máquinas baseia-se, segundo o Electromagnetismo, nas seguintes leis: leis de Lenz e Faraday, lei de Laplace e lei de Hopkinson.
A compreensão correcta do
Máquinas de Corrente Contínua
MÁQUINA DE C ORRENTE C ONTÍNUA
Constituição da máquina de corrente contínua
Do ponto de vista electromagnético, qualquer máquina (estática ou rotativa) é constituída por um circuito magnético (com ou sem entreferro) e geralmente por dois enrolamentos distintos (um indutor e outro induzido).
A máquina de corrente contínua é constituída basicamente pelos seguintes elementos: o circuito indutor, o circuito induzido e o circuito magnético. Sendo constituída por elementos fixos e elementos móveis, dá-se o nome de estator à parte fixa da máquina e o nome de rotor à parte móvel da máquina. No caso da máquina de corrente contínua, o circuito indutor encontra-se no estator e o circuito induzido no rotor.
No estudo das máquinas de corrente alternada, verifica-se que a situação pode ser diferente.
O circuito indutor (estator) é constituído por bobinas que envolvem os pólos magnéticos da máquina.
O circuito magnético é constituído por um núcleo ferromagnético maciço que termina nos pólos magnéticos (em número par e diametralmente opostos).
Estes pólos têm nas suas extremidades as peças polares, arqueadas de modo a dirigirem as linhas de força do campo magnético para o circuito induzido. A envolver o circuito magnético existe a carcaça da máquina com a função de protecção mecânica e ainda contra outros agentes exteriores. O circuito induzido encontra-se no rotor da máquina, sendo constituído por um enrolamento envolvendo um núcleo ferromagnético laminado, isto é, dividido em chapas isoladas entre si. O conjunto apoia-se sobre o veio da máquina. A laminação do núcleo tem como objectivo reduzir as perdas no ferro do induzido. As extremidades das espiras do enrolamento induzido são soldadas às lâminas (de cobre) do colector, o qual roda solidariamente com o conjunto; estas lâminas estão isoladas entre si por um isolante que é geralmente a micanite. As lâminas do colector rodam deslizando sob um par de escovas de grafite, fixas,
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as quais têm a função de fazer a transferência da corrente eléctrica das espiras do induzido para o circuito de carga (no caso do gerador) ou da fonte de alimentação para as espiras do induzido (no caso do motor).
Na figura 1 representa-se um motor de corrente contínua e na figura 2 representa-se um dínamo desmontado.
A figura 3 sugere, em corte, a posição relativa dos circuitos eléctricos e magnético da máquina de corrente contínua. A figura 4 representa um colector sobre o qual se apoia a escova cuja pressão é regulada pelo porta-escovas. Ao lado é apresentada também uma lâmina do colector, em perspectiva. As chapas do núcleo do induzido têm o formato indicado na figura 5, com as cavas exteriores para a colocação dos enrolamentos.
Dá-se o nome de entreferro à distância, no ar, entre as peças polares e o induzido. O entreferro deve ser o mais reduzido possível de modo a reduzir a relutância magnética do circuito e assim aumentar a indução magnética. Geralmente tem valores da ordem de alguns milímetros para máquinas pequenas e de alguns centímetros para as máquinas de maior potência. Conforme foi já sugerido, a constituição da máquina de corrente contínua é idêntica tanto no funcionamento como gerador como no funcionamento como motor. Diz-se, por isso, que a máquina de corrente contínua é reversível.
Com efeito, se fornecermos energia eléctrica ao induzido ela fornecer-nos-á energia mecânica — funciona como motor;
se lhe fornecermos energia mecânica no veio, ela fornecer-nos-á energia eléctrica pelo induzido — funciona como gerador.
Para a mesma potência absorvida, num caso e noutro as restantes grandezas são praticamente iguais. Estude-se então sucessivamente a máquina como gerador ou dínamo e como motor.
Estudo do dínamo
Princípio de funcionamento
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Quando a espira se encontra na posição vertical, temos Θ = 90° e portanto sen Θ = 1, logo o fluxo é máximo.
Quando a espira está na posição horizontal, temos Θ = 0° e portanto sen Θ = 0, logo o fluxo é nulo. Assim, a rotação de 90° correspondeu à passagem de fluxo máximo para um fluxo nulo.
Continuando a rodar a espira de mais 90°, ela fica novamente na posição vertical, com a diferença de que agora o condutor superior passou para baixo e o inferior para cima, ou seja, as faces da espira inverteram as suas posições.
Podemos então afirmar que agora o fluxo é máximo, mas em valor negativo.
Rodando mais 90°, ela volta à posição horizontal, a que corresponde novamente fluxo nulo. Rodando mais 90° ela completa a sua rotação e o fluxo volta a ter o valor máximo positivo.
Na figura 8 a) representamos os pontos correspondentes aos valores do fluxo para as 4 posições analisadas.
É fácil de concluir que nas posições intermédias o fluxo vai tomando sucessivamente valores diferentes.
Como se trata de um movimento de rotação, os diferentes valores do fluxo através da espira vão evoluindo segundo uma função sinusoidal e não segundo uma função linear (o que originaria segmentos de recta). A figura 8b) apresenta a evolução completa do fluxo durante a rotação.
O fluxo variável através da espira origina também em cada condutor uma força electromotriz variável, dada pela expressão:
Como o fluxo vai evoluindo sinusoidalmente então a força electromotriz criada também será sinusoidal. Vamos demonstrar, no entanto, que o fluxo e a força electromotriz não estão em fase, isto é, não passam simultaneamente pelos máximos e pelos zeros. Vejamos porquê.
Observe novamente a figura 6 e compare as posições verticais e horizontais da espira. Na vertical o fluxo é máximo; na horizontal o fluxo é nulo. Se dermos um pequeno impulso à espira quando está na vertical, o fluxo através dela praticamente não se altera. Se dermos o mesmo impulso à espira quando se encontra na horizontal, o fluxo através dela passa imediatamente de zero para um determinado valor. Note que estamos a considerar nos dois casos o mesmo ângulo Θ de deslocamento da espira.
Se atentarmos agora na expressão anterior, concluímos que no primeiro caso (espira na vertical) temos:
No segundo caso temos:
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Verificamos portanto que a posição horizontal da espira é aquela em que um pequeno movimento produz a máxima variação de fluxo e portanto o valor máximo da força electromotriz.
Ao aplicarmos ao circuito de carga a tensão produzida, a corrente que se obtém é alternada sinusoidal.
Podemos, por isso, dizer que estivemos a analisar o princípio de funcionamento do alternador com induzido móvel.
No entanto o que nos interessa aqui é obter uma corrente contínua e não alternada. Vejamos então como obter a corrente contínua a partir da montagem que temos vindo a utilizar. Suponha que agora em vez de dois anéis temos dois semi-anéis, cada um deles ligado a uma extremidade da espira, tal como se representa na figura 10.
À medida que os dois semi-anéis vão rodando solidariamente com a espira, verifica-se que quando a polaridade muda de sinal em cada terminal da espira e portanto do semi-anel respectivo, cada semi-anel deixa o contacto com uma escova para passar a fazer contacto com a seguinte.
Deste modo as escovas têm sempre as mesmas polaridades (uma positiva e outra negativa) e a carga é percorrida por corrente sempre no mesmo sentido. A figura 11 sugere diversas etapas do movimento da espira e semi-anéis, bem como as polaridades criadas.
Em a podemos verificar que, dada a posição da espira (1), as duas escovas ( e 3) estão curto-circuitadas pelos semi- anéis (4 e 5) e portanto a f.e.m. e a corrente são nulas. Na posição b cada semi-anel faz contacto com escovas diferentes e portanto temos entre escovas uma diferença de potencial com uma determinada polaridade.
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Tipos de enrolamentos do induzido. Expressão da f. e. m.
Nas máquinas de corrente contínua existem dois grandes tipos de enrolamentos: o enrolamento em anel de Gramme e o enrolamento em tambor.
Os primeiros deixaram praticamente de se utilizar, sendo os segundos os mais vulgarmente utilizados, apresentando diversas variantes. Vamos fazer aqui referência ao enrolamento em anel de Gramme pois é de fácil compreensão, o que nos ajuda a perceber melhor o assunto que vamos tratar.
Na figura 14 representa-se esquematicamente um dínamo bipolar (2 pólos) em que o induzido é constituído por um enrolamento em anel de Gramme.
A linha AB, a tracejado, tem o nome de linha neutra (geométrica) — linha em que é nula a força electromotriz da espira que por ela passa, correspondente ao fluxo máximo. Cada espira é constituída por dois condutores (um interior e outro exterior). Nos condutores interiores ao anel não são induzidas forças electromotrizes, visto que não são atravessados por linhas de força do campo magnético. Como tal, estes são condutores não activos. Os condutores activos são os exteriores à periferia do anel.
Conforme foi visto anteriormente, à esquerda e à direita desta linha, as forças electromotrizes induzidas têm sentidos contrários, conforme se pode ver na figura 14. À esquerda, as correntes vão do interior para o exterior do anel; à direita, têm o sentido inverso. De notar que os sentidos contrários já eram de esperar, pois que num lado encontram-se em frente do pólo norte e no outro em frente de pólo sul.
Por análise da figura 15, pode concluir-se que estando as espiras ligadas em série as suas forças electromotrizes se somam e convergem, dum lado e doutro (relativamente à linha neutra), para o ponto A da linha neutra. Isto é, podemos consi- derar que o ponto A tem polaridade positiva e o ponto B tem polaridade negativa. A partir da figura 14 podemos, por isso, considerar que o induzido é constituído por dois circuitos derivados (em paralelo), como se se tratasse de uma associação mista de pilhas. Cada espira seria uma pilha, conforme se representa na figura 15.
Se ligássemos o circuito a uma carga R obteríamos uma corrente total 2I em que l seria a corrente em cada circuito derivado. Para
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recolher esta corrente há necessidade obviamente de utilizar o colector e respectivas escovas, conforme se representa na figura 16. Por análise da figura, pode verificar-se que cada espira está ligada à sua lâmina. No entanto, dado o elevado número de espiras existentes no anel é tecnicamente impossível ligar uma espira por lâmina, o que obrigaria a um número elevadíssimo de lâminas de pequenas dimensões. Daí que em vez de se ligar uma só espira, sejam ligadas várias espiras em série à mesma lâmina, tal como se representa na figura 17. Ao conjunto de espiras ligadas à mesma lâmina chama-se secção. O enrolamento do induzido tem, por isso, várias secções. Se, em vez de um dínamo bipolar (2 pólos), considerarmos um dínamo multipolar (vários pólos) ele apresentará tantas linhas neutras e pares de escovas quantos os pares de pólos.
Na figura 18 representa-se esquematicamente um dínamo tetrapolar (4 pólos), com duas linhas neutras e dois pares de escovas. As escovas positivas são ligadas entre si, constituindo a polaridade positiva do dínamo; as escovas negativas são igualmente ligadas entre si, constituindo a polaridade negativa do dínamo.
A ligação das escovas entre si permite aumentar a corrente fornecida pelo dínamo.
Na figura 19 fez-se a representação esquemática da ligação das escovas entre si; na figura 20 representa-se o circuito eléctrico equivalente, constituído por uma associação mista de 4 circuitos derivados (tantos quanto o número de pólos).
Vejamos agora como se obtém a f. e. m. total produzida por um dínamo bipolar e depois para um dínamo multipolar.
A f. e. m. total produzida no conjunto das espiras situadas à esquerda ou à direita da linha neutra de um dínamo é dada por:
com E = somatório das forças electromotrizes induzidas em cada espira, provocadas pela variação do fluxo em cada uma delas.
Consideremos que ∆t é o tempo que cada condutor leva até ocupar a posição que tinha o condutor seguinte.
Se recordarmos que o período T é o inverso da frequência f, então é fácil de concluir que o intervalo de tempo ∆t será inversamente proporcional à frequência rotacional ou seja à velocidade de rotação n. Por outro lado será também inversamente proporcional ao número de condutores activos N do induzido, pois que ∆t será tanto menor quanto maior for o número total de espiras (ou de condutores). Assim, o intervalo de tempo ∆t entre dois condutores consecutivos será:
com:
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Digamos que quando se constrói um dínamo já se sabe qual o valor máximo da f. e. m. produzida, de acordo não só com as suas características internas imutáveis mas também em função dos valores máximos das grandezas variáveis como são a velocidade e o fluxo.
A f. e. m. aumenta com a velocidade, com o fluxo, com o número de pólos e ainda com o número de condutores em frente de cada pólo (N/c). Todas as grandezas intervenientes servem afinal para aumentar o valor da força electromotriz do dínamo.
Até aqui temo-nos referido apenas ao anel de Gramme, o qual nos foi bastante útil no estudo de alguns aspectos do dínamo, nomeadamente na obtenção da força electromotriz produzida.
Vejamos agora os enrolamentos em tambor.
Os enrolamentos em tambor são colocados na periferia do tambor do rotor, em cavas, não havendo por isso condutores interiores tal como sucedia no enrolamento em anel.
O tambor é um núcleo ferromagnético com um formato cilíndrico, laminado, com cavas à periferia. Existem diversos tipos de enrolamento em tambor. Os mais vulgares são o enrolamento imbricado e o enrolamento ondulado.
Antes de nos referirmos a cada um deles vamos definir passo polar.
Passo polar é a distância, medida sobre a periferia do induzido, entre dois pólos principais vizinhos de nome contrário — um pólo N e um pólo S. É importante esta definição visto que a distribuição destes enrolamentos é feita em função do passo polar.
O passo do enrolamento é a distância, medida na periferia do induzido, entre o condutor de ida e o condutor de volta da mesma espira. Para que a f. e. m. seja máxima o passo do enrolamento deve ser igual ao passo polar.
O enrolamento imbricado é distribuído nas cavas de tal forma que o condutor de volta regresse à cava seguinte à do condutor de ida da mesma espira. Aí é ligado a um novo condutor de ida com progressão idêntica. Digamos que o enrolamento imbricado regressa sempre atrás, embora sempre um pouco à frente do condutor de ida anterior. Na prática, em vez de um condutor por cava temos vários condutores constituindo feixes. O raciocínio continua válido se nos referirmos a feixes de ida e feixes de volta.
O enrolamento ondulado é distribuído de tal forma que evolui sempre para a frente, geralmente para o pólo seguinte, onde liga a novo enrolamento, que evolui para o pólo seguinte e assim sucessivamente.
Na figura 21 representamos a distribuição do enrolamento imbricado. Em a) está representada a distribuição do enrolamento sobre o tambor,
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numa vista em perspectiva. Siga a distribuição do enrolamento desde o condutor 1 e verifique o seu retorno à lâmina seguinte!
Em b) representa-se o enrolamento em esquema planificado.
Na figura 22 representa-se a distribuição do enrolamento ondulado. Em a) faz-se a sua representação num corte efectuado na máquina. O sinal + quer dizer que o condutor se dirige para o interior (relativamente ao plano do papel); o ponto (•) quer dizer que o condutor (de retorno) se dirige para o exterior, em relação ao plano da folha. Em b) faz-se a representação planificada deste enrolamento. Na figura 23 sugere-se novamente o enrolamento imbricado, agora numa vista em corte, com 8+8 condutores activos, sendo 8 de ida e 8 de retorno. Por análise da figura, pode verificar-se que os condutores de ida são de 1 a 8 e que os condutores de volta respectivos vão de 1' a 8'. A sequência desta ligação será portanto a seguinte: 1-1’-2-2'-3-... De referir finalmente que as fórmulas deduzidas para a f. e. m. no dínamo em anel de Gramme são válidas para os enrolamentos em tambor.
Distribuição das linhas de força do campo
Vejamos agora como se distribuem as linhas de força no circuito magnético, nomeadamente no entreferro da máquina. A figura 24 sugere a distribuição das linhas de força num dínamo bipolar, quando o rotor está parado.
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movimento de rotação. A figura 26 sugere, para este regime de funcionamento, duas situações distintas de comutação: uma boa comutação e uma má comutação.
Apresentam-se propositadamente dois desenhos simples, de um dínamo bipolar, com apenas dois semi-anéis para melhor compreensão do fenómeno.
Conforme vimos anteriormente, o fluxo através de uma espira é máximo quando ela passa pela posição vertical. Nesta situação a f.e.m. induzida na espira é nula. Ora, a comutação de lâminas (neste caso de semi-anéis) deve ser feita quando a f.e.m. é nula, de modo a evitar o aparecimento de arcos eléctricos, por auto-indução, entre lâminas, o que provocaria a sua deterioração mais rápida. Deste modo, a comutação deve ser feita quando o plano da espira é perpendicular à direcção real do campo magnético e portanto, neste caso, quando ela passa pela linha neutra LN. É o que acontece na figura 26 a) que ilustra uma situação de correcta comutação.
A figura 26 b) representa uma situação de má comutação pois está a ser feita quando o plano da espira faz um determinado ângulo com a linha neutra, com a consequente formação de arcos eléctricos entre lâminas e escovas. Analise-se agora a comutação quando o dínamo está em carga, isto é, fornecendo uma dada corrente l ao circuito exterior. Quando o dínamo está em carga, a corrente l gerada vai criar à volta de cada condutor um segundo campo magnético (induzido) que se vai 'somar' ao campo magnético do indutor, alterando a distribuição das linhas de força iniciais. Dá-se o nome de reacção magnética do induzido a este segundo campo magnético criado pelos enrolamentos do induzido, quando o dínamo se encontra em carga. Evidentemente que em vazio, não havendo corrente l, não há reacção magnética do induzido.
A figura 27 ilustra o campo criado apenas pela reacção magnética do induzido.
A figura 28 sugere a nova distribuição do campo magnético
resultante da soma do campo indutor com o campo produzido pela reacção magnética do induzido. Por análise da figura 27, pode verificar-se que o sentido das linhas de força da reacção magnética pode ser obtido
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pela regra do saca-rolhas. No caso da figura 28 podemos constatar que a linha neutra já não se encontra na posição vertical, mas sim inclinada de um determinado ângulo Θ que tem o nome de ângulo de calagem.
Note que, por definição de linha neutra (real), ela deve ser perpendicular às linhas de força; daí a sua inclinação.
Sendo assim, a comutação deve ser feita agora numa nova posição, deslocada do ângulo Θ referido.
Quer isto dizer que as escovas devem ser deslocadas do ângulo referido, no sentido da rotação do rotor. A esta deslocação da posição das escovas para a nova posição da linha neutra chama-se fazer a calagem das escovas.
Conforme é fácil de compreender, quanto maior for a corrente l fornecida pelo dínamo tanto maior será a reacção magnética do induzido e portanto a distorção do campo inicial.
Assim, sempre que há uma variação da corrente no dínamo verifica-se a variação respectiva do ângulo de calagem. Este facto obrigar-nos-ia a mudar constantemente a posição das escovas se o dínamo estivesse a funcionar em regime de carga variável, situação essa nada cómoda. Foram, por isso, estudados processos de evitar essa situação. Vejamos quais.
São os seguintes os processos existentes para evitar calagens constantes das escovas: utilizando enrolamentos de compensação e utilizando pólos de comutação auxiliares.
Vejamos em que consiste cada um deles.
Enrolamentos de compensação — O enrolamento de compensação é constituído por bobinas colocadas em cavas abertas nas peças polares. É ligado em série com o enrolamento do induzido de modo tal que o campo magnético por si produzido tenha o sentido contrário ao do campo magnético produzido pela reacção magnética do induzido. Deste modo consegue-se reduzir ou anular o efeito da reacção do induzido, repondo o campo magnético indutor original. A figura 29 sugere a distribuição dos condutores do enrolamento de compensação nas cavas das peças polares, bem como a distribuição dos condutores do enrolamento do induzido.
Pólos de comutação auxiliares — Estes pólos (n,s) são montados no circuito magnético, sobre a linha neutra, de tal forma que a seguir a um pólo indutor N se encontre um pólo auxiliar s e a seguir a um pólo indutor S se encontre um pólo auxiliar n, no sentido da rotação do dínamo. Os pólos auxiliares são mais pequenos que os principais e constituídos por enrolamentos com pequeno número de
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Quando o dínamo apresenta qualquer um dos três últimos tipos de excitação (série, paralelo ou composta) diz-se que ele é de auto-excitação ou de excitação própria. Veremos mais tarde porquê. No Quadro 1 apresentamos um resumo da classificação dos dínamos quanto ao tipo de excitação.
No seguimento vamos estudar cada um dos tipos de dínamos referidos, suas representações esquemáticas, funcionamento, características e aplicações.
Para a correcta identificação dos enrolamentos utilizados nos esquemas que se vão seguir, deve utilizar-se uma simbologia própria em cada enrolamento.
Num ponto adiante veremos melhor este tema. No entanto, vamos indicar aqui desde já a simbologia que vamos seguir (simbologia alemã) para a identificação dos terminais de cada enrolamento, conforme se sugere no Quadro 2.
Cada enrolamento é designado por duas letras.
Curvas características do dínamo
Conforme foi referido, existem diferentes tipos de dínamos consoante o tipo de excitação. Este facto conduz a que possuam características de funcionamento diferentes. É sabido que o funciona- mento em vazio do dínamo é diferente do funcionamento em carga.
Ora, estes dois regimes de funcionamento permitem-nos traçar curvas que caracterizam cada tipo de dínamo. Existem, por isso, dois tipos de curvas características do dínamo: a característica interna ou em vazio e a característica externa ou em carga.
É este assunto que vamos analisar previamente, antes da abordagem de cada um dos tipos de dínamos.
Como se sabe, qualquer gerador (pilha, bateria ou dínamo) tem sempre uma determinada resistência interna r, o que provoca uma determinada queda de tensão interna ∆U. No caso do dínamo a queda de tensão interna é provocada não só pela resistência dos enrolamentos do induzido mas também pela resistência de contacto entre escovas e colector e ainda devido à reacção magnética do induzido.
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Estas quedas de tensão originam inevitavelmente perdas na máquina. Isto equivale a dizer que a máquina não tem, nem poderia ter, um rendimento de 100%.
Assim, quando o dínamo funciona em vazio ele fornece aos seus terminais uma tensão em vazio, a que damos o nome de força electromotriz E.
Quando funciona em carga, debitando uma corrente l, fornece uma tensão U inferior à força electromotriz, pois há então uma queda de tensão interna ∆U = r l + e, em que
r - resistência dos enrolamentos
e — é a queda de tensão entre escovas e colector e ainda devido à reacção magnética.
Vejamos então como se definem cada uma das curvas características referidas: A característica em vazio é um gráfico que evidencia a variação da f.e.m. E com a variação da corrente de excitação indutora i, mantendo constante a velocidade de rotação da máquina, conforme é sugerido no gráfico da figura 31. Veremos no seguimento como se obtém este gráfico.
A característica em carga é um gráfico que evidencia a variação da tensão em carga U, aos terminais do dínamo, com a corrente l fornecida pelo dínamo ao circuito de carga, mantendo constante a velocidade de rotação, conforme é sugerido no gráfico da figura 32.
Veremos também mais adiante como obter experimentalmente este gráfico, para cada um dos tipos de dínamos.
Estudo do dínamo de excitação independente
A — Esquemas de ligação Conforme foi já referido, no dínamo de excitação independente os enrolamentos indutor e induzido são independentes entre si, isto é, não são ligados um ao outro. A figura 33 sugere as ligações deste dínamo. Por análise de qualquer das representações esquemáticas, pode verificar- se que os dois enrolamentos não se encontram ligados entre si. O indutor é alimentado por uma fonte (F) própria. O induzido fornece corrente à carga R. O esquema eléctrico equivalente, representado em b), é-nos bastante útil para compreendermos melhor o funcionamento da máquina. Intercalámos, neste esquema, três aparelhos de medida necessários para a explicação
