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8/8/2019 Experimento Dia 31 08 10 - Maq Cc
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCAMPUS CURITIBA
JOÃO GUILHERMELUÍS GUILHERMERAFAEL MERIGUE
MÁQUINAS EM CORRENTE CONTÍNUA
CURITIBA2010
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCAMPUS CURITIBA
JOÃO GUILHERMELUÍS GUILHERMERAFAEL MERIGUE
MÁQUINAS EM CORRENTE CONTÍNUA
Relatório exigido para conclusão dadisciplina Máquinas Elétricas II doCurso Engenharia Industrial Elétricada UTFPR.
Orientador: Marcelo Barsick
CURITIBA2010
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SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS....................................................................................................ii
LISTA DE FIGURAS....................................................................................................iii
RESUMO......................................................................................................................iv
1 INTRODUÇÃO.........................................................................................................1
2 MATERIAS UTLIZADOS.........................................................................................1
3 OBJETIVOS.............................................................................................................1
3.1 OBJETIVO GERAL...............................................................................................1
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................................1
4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA..............................................................................2
4.1 PARTES CONSTITUÍNTES.................................................................................24.2 FUNCIONAMENTO – GERADOR CC.................................................................2
4.3 TIPOS DE EXCITAÇÃO.......................................................................................3
5 DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO..........................................................................4
6 RESULTADOS........................................................................................................4
6.1 EXCITAÇÃO INDEPENDENTE............................................................................4
6.2 EXCITAÇÃO SHUNT............................................................................................5
6.3 COMPARAÇÕES ENTRE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE E SHUNT................7
7 CONCLUSÕES........................................................................................................8
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Lista de materiais utilizados....................................................................1
Tabela 2 – Dados da excitação independente..........................................................4
Tabela 3 – Dados da excitação shunt.......................................................................5
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Excitação independente...........................................................................3
Figura 2 – Excitação shunt.........................................................................................3
Figura 3 – Gráfico ILxVL da excitação independente..............................................4
Figura 4 – Gráfico ILXEg da excitação independente.............................................5
Figura 5 – Gráfico ILxTensão(Eg e VL) da excitação independente......................5
Figura 6 – Gráfico ILxVL da excitação shunt...........................................................6
Figura 7 – Gráfico ILxEg da excitação shunt...........................................................6
Figura 8 – Gráfico ILxTensão(Eg e VL) da excitação shunt...................................6
Figura 9 – Gráfico ILxVL comparativo entre excitação independente e shunt....7
Figura 10 – Gráfico ILxEg comparativo entre excitação independente e shunt. .7
Figura 11 – Gráfico ILxTensão(Eg e VL) da excitação independente e shunt......7
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RESUMO
O experimento mostra o funcionamento do gerador de corrente contínua em
dois tipos distintos de excitação, a independente e a shunt auto excitada. Para tal
fim, são realizadas medições e construídas tabelas para análise dos valores obtidos
bem como interpretação dos resultados.
Apresenta-se também um embasamento teórioco, lista de materiais e figuras
para melhor entendimento do experimento como um todo.
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1
1 INTRODUÇÃO
Geradores de corrente contínua tem seu papel em diversos setores da área
técnica. Com uma base fundamenta no eletromagnetismo, houve evolução na
aplicação e dimensionamento de tais máquinas.
Assim sendo, o experimento há de proporcionar confirmação da teoria e
aquisição de conhecimento prático de geradores em corrente contínua bem como
suas características e funcionalidades.
2 MATERIAIS UTILIZADOS
Segue tabela dos materiais utilizados para execução do experimento. Vale
reforçar que este fora realizado em laboratório com infra estrutura compatível tendo
bancadas, alimentação trifásica, iluminação e outras condições básicas.
Tabela 1 – Lista de materiais utilizados
Item Descrição Quantidade1 Cabo banana 202 Multímetro 13 Amperímetro 14 Máquina CC 15 Variac 16 Reostato 1
Fonte: Própria
3 OBJETIVOS
Uma revendedora que utiliza fusíveis em quadros de comando deparou-se
com alto índice de queima daqueles componentes. Insatisfeita com o parecer dado
pela indústria dos fusíveis, propôs aos acadêmicos da Universidade Tecnológica
Federal do Paraná a realização de uma pesquisa aplicada para resolução do
problema.
3.1 OBJETIVO GERAL• Observar e analisar o comportamento do gerador CC com excitação
independente e auto excitada shunt ambos com carga variável.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Fundamentação teórica sobre geradores CC.
• Fundamentação teórica sobre excitação independente e auto excitada shunt
• Montagem do circuito
• Medição do dados informados pelo multímetro e amperímetro
• Elaboração de tabelas com os valores obtidos para análise posterior
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• Elaboração de relatório conclusivo.
4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Máquina de corrente contínua, abreviada como máquina CC, é uma
máquina elétrica que tem seu funcionamento baseado no eletromagnetismo. É
capaz de converter energia mecânica em energia elétrica (gerador) ou energia
elétrica em mecânica (motor).
Uma das grandes vantagens até pouco tempo sobre os motores de corrente
alternada era que motores CC permitem variação de velocidade como de uma
esteira ou de um comboio por exemplo, hoje, contudo, motores de corrente
alternada também realizam essa função.
4.1 PARTES CONSTITUÍNTES
• Rotor: Parte girante, montada sobre o eixo da máquina, construído de um
material ferromagnético.
• Anel Comutador: Constituído de um material condutor, segmentado por um
material isolante, de forma a fechar o circuito entre cada uma das bobinas do
enrolamento do rotor e as escovas no momento adequado. O anel é montado
junto ao eixo da máquina e gira junto com a mesma.
• Estator : Parte estática da máquina, montada em volta do rotor. Também é
constituído de material ferromagnético
• Escovas: Peças de carvão responsáveis por conduzir a energia para o circuito do
rotor .
4.2 FUNCIONAMENTO – GERADOR CC
A energia mecânica é suprida pela aplicação de um torque e da rotação do
eixo da máquina, uma fonte de energia mecânica pode ser ,por exemplo, umaturbina hidráulica, uma turbina eólica, etc.
A fonte de energia mecânica tem o papel de produzir o movimento relativo
entre os condutores elétricos dos enrolamentos do rotor e o campo magnético
produzido pelo enrolamento do estator e desse modo provocar uma variação
temporal da intensidade. Assim, segundo a lei de Faraday, isso irá induzir uma
tensão entre os terminais do condutor.
Desta forma, a energia mecânica fornecida ao eixo é transformada e pode
ser transmitida para alimentar alguma carga elétrica conectada à máquina.
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4.3 TIPOS DE EXCITAÇÃO
• Excitação independente: O circuito de excitação da máquina é alimentada por
uma fonte adicional independente ou separada.
Figura 1 – Excitação independente
Fonte: Própria
• Excitação série: O circuito do enrolamento de campo que produz a excitação está
em série com o circuito de armadura.
• Excitação shunt: O circuito do enrolamento de campo que produz a excitação
está em paralelo ou em derivação com o circuito de armadura.
Figura 2 – Excitação shunt
Fonte: Própria
• Excitação Composta: Com dois enrolamentos de excitação, um em série e outro
em derivação, podendo existir o esquema de ligação longo ou curto e composto
aditivo ou subtrativo.
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5 DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO
Primeiramente se estabelece o local, os equipamentos a serem utilizados,
informando multímetro e amperímetro. Após isso se faz as ligações conforme a
excitação desejada (figuras 1 e 2).
Coloca-se uma carga infinita (reostato aberto), informa valores de corrente do
mínimo ao máximo, monta uma tabela com variação constante e se energiza a
bacada com carga infinita e fecha o circuito com o reostato no máximo.
Após isso, são feitas variações no reostato para atingir as corrente descritas na
tabela e anotar os valores de tensão nos terminais.
6 RESULTADOS OBTIDOS
Segue abaixo as tabelas e gráficos com os dados obtidos no laboratório.
6.1 EXCITAÇÃO INDEPENDENTE
Tabela 2 – Dados da excitação independente
Excitação Independente. Ra = 5,5 ohmsIL(A) Eg(V) VL (V) RaxIL
0 95 95 00,33 94,615 92,8 1,8150,5 94,05 91,3 2,750,7 93,85 90 3,85
1 93,8 88,3 5,51,3 93,55 86,4 7,151,5 93,55 85,3 8,252 92,9 81,9 11
Fonte: Própria
Figura 3 – Gráfico ILxVL da excitação independente
Excitação Independente
81,9
85,386,488,3
9091,392,8
95
75
80
85
90
95
100
0 0,33 0,5 0,7 1 1,3 1,5 2
IL(A)
V L ( V )
Fonte: Própria
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Figura 4 – Gráfico ILXEg da excitação independente
Excitação independente
91,592
92,59393,5
9494,5
9595,5
0 0,33 0,5 0,7 1 1,3 1,5 2
IL(A)
E g
( V )
Fonte: Própria
Figura 5 – Gráfico ILxTensão(Eg e VL) da excitação independente
Excitação independente Eg e VL
75
80
85
90
95
100
0 0,33 0,5 0,7 1 1,3 1,5 2
IL(A)
T e n s ã o
( V )
Eg(V)
VL (V)
Fonte: Própria
6.2 EXCITAÇÃO SHUNT
Tabela 3 – Dados da excitação shunt
Excitação Shunt. Ra = 5,5 ohmsIL(A) Eg(V) VL (V) RaxIL
0 90 90 00,31 88,915 87,1 1,8150,5 88,15 85,4 2,750,7 87,25 83,4 3,851 86 80,5 5,5
1,3 83,95 76,8 7,151,5 79,75 71,5 8,252 75,4 64,4 11
Fonte: Própria
Figura 6 – Gráfico ILxVL da excitação shunt
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6
Excitação Shunt
0
20
40
60
80
100
0 0,31 0,5 0,7 1 1,3 1,5 2
IL(A)
V L ( V )
Fonte: Própria
Figura 7 – Gráfico ILxEg da excitação shuntExcitação Shunt
65
70
75
80
85
90
95
0 0,31 0,5 0,7 1 1,3 1,5 2
IL(A)
E g ( V )
Fonte: Própria
Figura 8 – Gráfico ILxTensão(Eg e VL) da excitação shunt
Excitação Shunt Eg e VL
60
65
707580
8590
95100
0 0,31 0,5 0,7 1 1,3 1,5 2
IL(A)
T e n s ã o ( V )
Eg(V)
VL (V)
Fonte: Própria
6.3 COMPARAÇÕES ENTRE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE E SHUNT
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Figura 9 – Gráfico ILxVL comparativo entre excitação independente e shunt
Excitação Independente e Shunt
0
20
40
6080
100
0 0,33 0,5 0,7 1 1,3 1,5 2
IL(A)
V L ( V )
Ind ependen te S hunt
Fonte: Própria
Figura 10 – Gráfico ILxEg comparativo entre excitação independente e shunt
Excitação independente e shunt
6065
707580
8590
95100
0 0,33 0,5 0,7 1 1,3 1,5 2
IL(A)
E g ( V )
Independente
Shunt
Fonte: Própria
Figura 11 – Gráfico ILxTensão(Eg e VL) da excitação independente e shunt
Excitação independente e shunt Eg e VL
6065
707580
8590
95100
0 0,33 0,5 0,7 1 1,3 1,5 2
IL(A)
T e n s ã o ( V ) Eg Independente
Eg Shunt
VL Independente
VL Shunt
Fonte: Própria
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7 COCLUSÕES
Ao se analisar os dados, nota-se que o Eg na excitação independente sofreu menos
variação do que na shunt. O mesmo ocorre com a tensão sobre a carga (VL). Isso
se deve de na excitação shunt haver, além das perdas internas (RaxIa), o
enfraquecimento de campo.
Como a resistência da carga diminui pela ação do operador, a corrente que excita o
shunt reduz e enfraquece o campo, havendo uma queda maior em Eg e
consequentemente em VL. Esse enfraquecimento de campo não ocorre na
independente, pois a corrente que excita o shunt é mantida constante por uma fonte
externa.
É importante salientar que o aumento de carga em qualquer das excitaçõesimplicará numa queda de tensão maior, pois aumentando IL (corrente na carga)
aumenta-se a perda por IaxRa.
*NOTA: Na excitação shunt foi considerado Ia=IL apenas para efeito da constatação
da maior queda de tensão na shunt do que na independente devido ao
enfraquecimento de campo. Portanto, releva-se esse erro para esse experimento.
Para fins de cálculos precisos ou detalhamento das correntes deve-se calcular IF eIL para se achar Ia. Para tal procedimento tome medidas que possibilitem o cálculo
de tais correntes ou insira medidores!