O Wafer de Silício

Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca – CEFET-RJ

Parte Construtiva de Máquinas

Elétricas CC,

Processo de Comutação

&

Relatório de Simulação

Trabalhos de Conversão de Energia I

Professor: João Moor Neto

Aluna:

Ihannah Guedes

Rio de Janeiro, dezembro 2018

Sumário

1. Introdução        2

2. Componentes de uma máquina CC        2

2.1. Rotor        3

2.2. Estator        5

3. Tipos de enrolamentos        6

3.1. Anel de Gramme        6

3.2. Tambor        6

a. Enrolamento Imbricado (ou paralelo)        7

b. Enrolamento Ondulado (ou série)        8

c. Enrolamento Auto equalizado (Perna de Sapo)        9

4. Processo de Comutação        9

5. Simulação de Máquina CC        11

5.1. Configuração física        11

5.2. Construindo o modelo no Simulink        12

6. Referências        14

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1. Introdução

Um gerador é uma máquina que converte energia mecânica de rotação em energia elétrica. A energia mecânica pode ser fornecida por vapor, gasolina, queda d’água, vento, óleo diesel ou por um motor elétrico.

O motor, por sua vez, é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica de rotação. São eles os responsáveis pelo funcionamento de máquinas de lavar, dos ventiladores, condicionadores de ar e da maioria das máquinas encontradas nas indústrias, por exemplo.

[pic 1]

2. Componentes de uma máquina CC

Uma máquina elétrica CC possui diversas peças indispensáveis para o seu funcionamento, no entanto, as peças comumente estudadas são aquelas que correlacionam as variáveis de entrada e de saída do sistema. Isto quer dizer que diversas peças usadas em uma máquina deste tipo não são estudadas, por não apresentarem variações significativas na operação do sistema, porém, para que o tópico seja abordado de forma mais completa, será ilustrada uma máquina em corte e vista explodida.

[pic 2]

[pic 3]

2.1. Rotor

Parte móvel do gerador (ou motor de corrente contínua). É composto por um material ferromagnético que é envolvido num enrolamento, chamado também de enrolamento de armadura. O rotor (também chamado de armadura) do motor, recebe a corrente de um circuito externo (a fonte de alimentação), e a armadura do gerador libera corrente para o circuito externo (a carga). Abaixo, temos um modelo de circuito de armadura e de campo.

[pic 4][pic 5]

Onde:

Ra – Resistência de armadura;

ia – Corrente de armadura

La – Indutância do enrolamento de armadura

E – Força contra eletromotriz induzida

V – Tensão de armadura

Φ – Fluxo magnético

Ω – Velocidade angular de rotação do eixo

Tg – Torque eletromagnético do motor

Tw – Torque de perdas

Tj – Torque devido à inércia

TL – Torque da carga

Dentre as características da armadura, são importantes de se ressaltarem:

• Eixo: meio transmissor da potência mecânica externa ao rotor (gerador), ou para o rotor (motor).
• Núcleo do Rotor: é composto por chapas de aço magnético laminadas com ranhuras axiais para alojar o enrolamento da armadura, provendo também uma faixa de baixa relutância magnética entre os polos. As lâminas servem para reduzir as correntes parasitas no núcleo, e o aço usado é de qualidade destinada a produzir uma baixa perda por histerese.
• Bobinas de Armadura: constituído de um número elevado de espiras em série ligadas ao comutador/coletor. A rotação da armadura induz uma tensão na bobina de armadura, ou enrolamento da armadura. Os enrolamentos da armadura são sempre de polos lisos e são distribuídos igualmente nas ranhuras adjacentes ao entreferro em volta da periferia da armadura. Essencialmente, há dois tipos, dependendo do tipo de fechamento ou reentrada do enrolamento: enrolamentos de circuito aberto, empregados usualmente em máquinas de CA, e enrolamentos de circuito fechado, empregados nas máquinas de CC. As bobinas da armadura usadas em grandes máquinas CC são geralmente enroladas na sua forma final antes de serem colocadas na armadura. As bobinas pré-fabricadas são colocadas entre fendas do núcleo laminado da armadura.
• Comutador: também chamado de anel comutador ou coletor, é a parte responsável por realizar a inversão do sentido das correntes no enrolamento do rotor, montado junto ao eixo da máquina. Feito de um anal de lâminas de material condutor, segmentado por um isolante (com um par de segmentos para cada enrolamento da armadura) fechando o circuito entre cada uma das bobinas do enrolamento de armadura e as escovas no momento adequado. Uma máquina CC possui um comutador para que seja feita a conversão da corrente alternada (induzida) que passa pela sua armadura em corrente contínua liberada através de seus terminais (no caso do gerador). Cada segmento do comutador é isolado dos demais por meio de lâminas de mica.

• Escovas: são feitas de carvão ou de metal e podem ser macias ou duras, permitem contatos com os segmentos opostos do comutador. Posicionadas no porta-escovas, comprimida por meio de uma mola contra o coletor, servem de contato entre o coletor e a carga.

[pic 6] [pic 7]

2.2. Estator

É a parte estática do motor/gerador, montada em volta do rotor, é constituída de material ferromagnético que é envolvido em um enrolamento de baixa potência, enrolamento de campo. O enrolamento produz um campo magnético fixo que interage com o campo magnético do rotor e a fonte da corrente de campo pode ser separada (excitador) ou a mesma do próprio rotor.