Guia de Funcionamento e Ensaios de Dínamos CC

1. Princípio de funcionamento de um gerador

• Princípio: O funcionamento dos geradores elétricos baseia-se na indução eletromagnética: quando um condutor corta linhas de campo magnético ou quando há variação do fluxo magnético, surge uma força eletromotriz (f.e.m.) que gera corrente elétrica.

2. Como se obtém CC a partir de CA? Como reduzir ondulação?

• O circuito de saída contínua (CC) é obtido pelo comutador, ligando as extremidades das espiras a lâminas do anel do comutador, sobre as quais se apoiam as escovas para captar a corrente.
• Para ter uma tensão o mais estável (menos ondulada) possível, os dínamos são construídos com um número considerável de bobinas e lâminas do comutador, o que suaviza a saída.

3. Partes essenciais de uma máquina de CC

• Armadura (induzida): localizada no rotor; constitui-se por um núcleo magnético cilíndrico onde as bobinas de cobre são enroladas.
• Indutor (campo): localizado no estator, a parte estática da máquina; formado por bobinas em torno de pólos magnéticos (bipolar ou multipolar).
• Comutador (coletor): conjunto de lâminas montadas no eixo da armadura que fazem a ligação entre as espiras e as escovas para obter saída CC.

4. Tipos de enrolamento da armadura

• Lap (entrelaçado): cada bobina tem o início ligado a uma lâmina do comutador e o fim à lâmina seguinte; usado em correntes mais altas.
• Ondulado (wave): o início de cada bobina é ligado a uma lâmina correspondente a um pólo e o final a uma lâmina correspondente a outro pólo distante; adequado para tensões mais altas.

5. O que é o entreferro? Por que é minimizado?

• O entreferro é o espaço de ar entre a armadura e os pólos do indutor; afeta a passagem e o estabelecimento das linhas de fluxo magnético.
• Como as linhas de fluxo se estabelecem com maior dificuldade através do entreferro, procura-se reduzi-lo ao mínimo possível, sem impedir a livre rotação do rotor.

6. O que é reação da armadura? Como pode ser evitada?

• A reação da armadura é o efeito do campo magnético produzido pela corrente da armadura sobre o campo do indutor, provocando distorção do fluxo e deslocamento do plano neutro (posição das escovas).
• Evita-se este efeito mediante o deslocamento apropriado das escovas e a utilização de pólos auxiliares (interpólos) ou enrolamentos de compensação.

7. Desvantagem de deslocar as escovas para corrigir a reação da armadura

• A desvantagem é que o ajuste do desvio das escovas é válido apenas para determinada carga. Para cargas maiores ou menores, o ajuste das escovas também deveria ser alterado, o que é imprático.

8. Como resolver o problema com pólos de comutação?

• Instalam-se pólos de comutação (interpólos) e/ou enrolamentos de compensação de maneira que produzam um campo transversal de sinal oposto ao campo transversal induzido pela armadura, facilitando a comutação.

9. Quando usar enrolamento de compensação e para quê?

• Em máquinas de alta potência, utiliza-se o enrolamento de compensação para eliminar as principais distorções do campo magnético geradas pelo fluxo cruzado (fluxo transversal devido à armadura).

10. Como gerar o campo magnético no dínamo? Quando usar cada tipo?

• O campo magnético pode ser gerado por ímãs permanentes ou por eletroímãs (bobinas de campo alimentadas por DC).
• Ímãs permanentes: usados quando se deseja um campo intenso e constante, sem necessidade de ajuste — comum em dínamos de pequeno porte.
• Eletroímãs: usados quando se quer maior excitação e possibilidade de regulação; as bobinas de campo são alimentadas por uma fonte DC.

11. Dínamo com excitação separada: o que é? Vantagens e desvantagens

• Na excitação separada, a corrente de excitação para as bobinas de campo é fornecida por uma fonte de energia externa.
• Vantagem: permite regular o fluxo (e portanto a tensão de saída) usando a fonte externa.
• Desvantagem: é necessário dispor de uma fonte de alimentação DC externa para alimentar o indutor.

12. O que é auto-excitação em dínamos? Variedades e magnetismo residual

• A auto-excitação ocorre quando o próprio gerador fornece energia suficiente para alimentar suas bobinas de campo, usando o magnetismo residual inicial.
• Variedades de dínamos: derivação (shunt), série e composto (compound).
• Magnetismo residual: magnetização remanescente que persiste no material do núcleo magnético dos pólos, necessária para iniciar a auto-excitação.

13. Regime do dínamo em derivação (shunt) e uso de reostato

• O reostato é normalmente incluído no circuito de excitação para obter um controlo eficaz da tensão de saída do gerador.
• O gerador pode perder totalmente a excitação se a carga aumentar muito, porque a queda de tensão nos terminais reduz a tensão disponível para a excitação, diminuindo a corrente de campo.

14. Por que o enrolamento de excitação série tem poucas espiras e condutores grossos?

• Porque a corrente que atravessa o indutor em série é elevada; por isso se usa poucas espiras e condutores de grande seção.
• Desvantagens: em vazio (sem carga) a excitação pode ser nula (corrente quase zero), e com aumento de carga a tensão terminal pode aumentar devido ao incremento do fluxo induzido.

15. O que é excitação composta? Vantagens

• A excitação composta ocorre quando o dínamo possui dois enrolamentos de campo independentes: um em derivação (shunt) e outro em série com a armadura.
• Vantagem: a tensão de saída é mais estável em relação às variações de carga do sistema.

16. Que tipos de ensaios são realizados para estudar o comportamento do gerador?

• Ensaio a vazio (no-load).
• Ensaio de carga (load test).
• Características de excitação ou regulação (curva tensão × corrente de campo).
• Ensaio de curto-circuito.
• Ensaio de características externas.
• Ensaio de características internas.

17. Elementos necessários para realizar os ensaios e diagrama de ensaio

• Motor de arraste (motor de tração) com ajuste e controlo de velocidade.
• Fonte de alimentação CC para o motor de arraste, ajustável.
• Fonte de alimentação CC ajustável para excitação do dínamo.
• Instrumentos de medição apropriados para tensão e corrente nos diferentes circuitos.
• Tacômetro para medir a velocidade do dínamo.
• Reostatos para regular a corrente da armadura ou da excitação.

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