Descobrindo as características sem carga dos geradores DC

29 de junio de 2024 Luciano Bertene

Os geradores DC têm sido cruciais para alimentar vários sistemas elétricos há décadas. Compreender o comportamento e as características desses geradores é fundamental para engenheiros e pesquisadores da engenharia elétrica. Uma das características importantes a examinar é a característica sem carga, que fornece informações valiosas sobre a saída de tensão do gerador em condições sem carga. Ao nos aprofundarmos nas características sem carga, podemos decifrar as complexidades dos geradores CC, seu desempenho e os fatores que afetam sua operação. Neste artigo, embarcamos em uma jornada para descobrir a característica de vazio dos geradores CC e destacamos sua importância e os métodos utilizados para analisar e interpretar este importante fenômeno.

Definindo a característica de inatividade

A característica sem carga de um gerador CC refere-se à medição de sua tensão terminal quando nenhuma carga está conectada aos seus terminais. Neste estado, o gerador opera sem qualquer limitação elétrica externa, permitindo-nos observar o seu comportamento inerente à tensão. A tensão de circuito aberto, também chamada de força eletromotriz (EMF), é geralmente maior que a tensão observada sob condições de carga porque nenhuma corrente flui através da carga externa.

O OCC para um gerador DC é definido da seguinte forma. A figura acima mostra que o enrolamento de campo do gerador CC está isolado da máquina e é energizado separadamente por uma fonte CC externa. O gerador pode funcionar a uma velocidade constante. A corrente de campo (I_F) é aumentado gradualmente a partir de zero e, portanto, os valores correspondentes da força eletromotriz gerada (E₀) é lido em um voltímetro conectado aos terminais do enrolamento da armadura. A figura mostra a relação entre E₀ e eu_{f. Nós} tendem a adquirir a característica de um circuito aberto.

Os seguintes pontos também poderão ser adotados pelo OCC:

Quando a corrente de campo é zero, alguma força eletromotriz (OA) é gerada. Isto é frequentemente devido ao magnetismo residual dentro dos pólos do campo.

A curva é linear em uma faixa relativamente grande de corrente de campo (até o ponto B dentro da curva). Como isso varia, a resistência do ferro é insignificante em comparação com o entreferro. A resistência do entreferro é uma relação constante e, portanto, linear.

Após a curva atingir o ponto B, a relutância do ferro é adicionada. Resulta de densidades de fluxo mais altas, µ_R pois o ferro diminui e a relutância em usar ferro não é mais tão baixa. Conseqüentemente, a curva se afasta da relação linear.

Após o ponto C da curva, começa a saturação magnética dos pólos e E₀ tende a nivelar.

O leitor deve ter notado que mesmo o OCC de um gerador autoexcitado é obtido operando-o como um gerador excitado separadamente.

Fatores que afetam as características de inatividade

Os seguintes fatores afetam as características sem carga de um gerador CC

Corrente de excitação de campo

A corrente de excitação de campo de um gerador CC desempenha um papel importante na determinação de sua tensão de circuito aberto. Ao ajustar a corrente de excitação do campo, os engenheiros podem controlar a força do campo magnético no gerador, o que afeta diretamente a tensão de saída do gerador. Ao experimentar diferentes intensidades de corrente de excitação de campo, é possível uma análise abrangente do comportamento e desempenho do gerador.

Velocidade e reação da âncora

A velocidade operacional de um gerador CC e os efeitos da reação da armadura também afetam suas características sem carga. Mudanças na velocidade podem causar flutuações na saída de tensão do gerador. Além disso, a reação da armadura causada pelo campo magnético gerado pelos enrolamentos da armadura pode afetar ainda mais a tensão de circuito aberto. Compreender e considerar esses fatores é fundamental para prever com precisão o comportamento do gerador.

Configuração experimental

Conecte o gerador CC a uma fonte de alimentação e certifique-se de que todas as conexões estejam seguras e que as medidas de segurança apropriadas estejam em vigor.
Conecte o amperímetro em série com o enrolamento de campo para medir a corrente de campo (se o gerador for excitado separadamente, o enrolamento de campo deverá ter uma alimentação CC separada).
Conecte o voltímetro aos terminais de saída do gerador para medir a tensão gerada (EMF).
Use um reostato em série com o enrolamento de campo para variar manualmente a corrente de campo.

Processos

Comece com todas as chaves abertas e sem carga conectada ao gerador.
Aumente gradualmente a corrente de campo ajustando o reostato enquanto registra os valores de tensão gerados correspondentes no voltímetro.
Aumente a corrente de campo em pequenos incrementos, aguardando que a leitura do voltímetro se estabilize a cada incremento antes de registrar o valor.
Aumente a corrente de campo até que um intervalo de pontos de dados apropriado seja alcançado para cobrir todo o OCC.
Após atingir a corrente máxima de campo, diminua a corrente de campo da mesma forma e registre os valores de tensão em intervalos diferentes.
Repita o experimento algumas vezes para garantir a consistência dos resultados.

Análise de dados

Desenhe um gráfico com a tensão gerada (EMF) no eixo vertical (y) e a corrente de campo no eixo horizontal (x).
O diagrama resultante representa a característica sem carga do gerador DC.

interpretação

A característica de marcha lenta é geralmente uma curva com um formato característico. Normalmente exibe um ligeiro aumento de tensão com a corrente de campo, atinge um pico e então começa a diminuir.
A tensão de pico alcançada é a força eletromotriz máxima que o gerador DC produz quando em marcha lenta.
Em cada ponto, a inclinação da curva OCC representa a resistência interna do gerador naquela corrente de campo específica.

Conclusão

A característica sem carga dos geradores DC é crucial para a compreensão do seu comportamento e desempenho. Ao estudar esta característica, engenheiros e pesquisadores obtêm informações valiosas sobre a saída de tensão do gerador em condições inativas, permitindo-lhes otimizar seu projeto e desempenho para diversas aplicações elétricas. A característica sem carga torna-se uma ferramenta poderosa para análise e interpretação, facilitando decisões informadas e garantindo a operação eficiente e confiável de geradores CC.