Distribuição de corrente no gerador shunt DC
Em um gerador CC em derivação, a corrente de armadura (Ia) se divide em dois caminhos diferentes, cada um dos quais serve a um propósito específico na operação do gerador. Esta distribuição de energia desempenha um papel crucial na funcionalidade e eficiência do gerador.
Corrente de campo shunt (Ish)
Uma parte da corrente de armadura, chamada corrente de campo em derivação (Ish), flui através da bobina ou enrolamento do campo em derivação. A bobina de campo shunt é conectada em paralelo ao enrolamento da armadura e é responsável por gerar o campo magnético no estator do gerador.
- Geração de campos magnéticos: A corrente do campo shunt cria um campo magnético constante no estator, que fornece o fluxo magnético necessário para o funcionamento do gerador.
- Regulação da tensão terminal: A tensão do terminal do gerador pode ser regulada controlando a corrente do campo shunt. Ao ajustar a corrente do campo shunt, o gerador pode manter uma tensão de saída relativamente constante, mesmo sob condições de carga flutuante.
Corrente de carga (IL)
A maior parte da corrente de armadura, chamada corrente de carga (IL), flui através da carga externa conectada aos terminais de saída do gerador. Esta corrente de carga fornece energia para vários dispositivos ou sistemas elétricos conectados ao gerador.
- Produção de energia: A corrente de carga é a potência real do gerador que fornece energia elétrica aos dispositivos conectados, como luzes, motores, eletrodomésticos ou outras cargas elétricas.
- Regulação de tensão: Dividir a corrente da armadura em campo shunt e corrente de carga ajuda a manter uma tensão de saída constante mesmo quando a carga flutua. A corrente do campo shunt controla a intensidade do campo magnético interno do gerador, permitindo que a tensão de saída seja ajustada conforme necessário.
Características ociosas
A figura mostra a característica sem carga de um gerador CC em derivação, que tem formato semelhante ao de um gerador em série. A linha OP denota a resistência do circuito de campo shunt. Assim que o gerador estiver funcionando na velocidade normal, ele acumulará uma tensão OM. Quando em marcha lenta, a tensão nos terminais do gerador é constante (= OM), mostrada esquematicamente pela linha horizontal MR.
Características internas
Funcionalidades externas
= E-(IL+Ish) Ra
Portanto, a curva característica externa pode estar no mesmo valor abaixo da curva característica interna até a queda no circuito da armadura (ou seja, (IL + Ish) Ra).
Eficiência e desempenho
A eficiência e o desempenho são de extrema importância ao avaliar as características de um gerador CC em derivação. Examinamos os fatores que afetam sua eficiência, como resistência de armadura, perdas e saturação magnética. Descubra as compensações atraentes entre produção de energia, perdas e eficiência geral do gerador e saiba como os engenheiros estão melhorando essas características para diferentes aplicações.
Fatores de eficiência
A eficiência de um gerador CC shunt é influenciada por vários fatores:
- Resistência da armadura (Ra): Maior resistência da armadura aumenta as perdas e reduz a eficiência.
- Resistência de campo (Rf): O ajuste adequado da resistência de campo afeta a regulação e a eficiência da tensão terminal.
- perdas: Perdas de cobre (Ia²Ra), perdas de ferro (histerese e perdas por correntes parasitas) e perdas mecânicas (fricção e resistência do ar) afetam a eficiência geral.
- Saturação magnética: A saturação de materiais magnéticos afeta a capacidade do gerador de produzir tensões mais altas sob carga.
Otimizando eficiência e desempenho
Os engenheiros se esforçam para equilibrar a produção de energia, as perdas e a eficiência geral. Isso geralmente envolve fatores de ajuste fino, como resistência de campo, resistência de armadura e distribuição de carga, para garantir que o gerador opere eficientemente sob diferentes cargas.
Potência e perdas
A potência de saída de um gerador CC shunt é determinada pelo produto da corrente de carga (IL) e da tensão terminal (V). Contudo, as perdas no gerador afetam a potência real disponível para uso externo.
Essas perdas incluem:
- Perdas de cobre (Ia²Ra): Essas perdas são causadas pela resistência do enrolamento da armadura e pela corrente que flui através dele. Corrente ou resistência mais alta resulta em maiores perdas de cobre.
- Perdas de ferro: As perdas por histerese e por correntes parasitas no material do núcleo contribuem para as perdas de ferro. Essas perdas aumentam com a frequência das reversões magnéticas no núcleo.
Eficiência mecânica
A eficiência mecânica do gerador leva em consideração perdas nos componentes mecânicos do gerador, como perdas por atrito e resistência do ar. Estas perdas reduzem a potência mecânica disponível para acionar a rotação do gerador.
Distribuição ideal de carga
Os engenheiros querem descobrir em que carga o gerador funciona com mais eficiência. Para conseguir isso, a produção de energia e as perdas devem ser equilibradas para alcançar a mais alta eficiência geral.
Cálculo de eficiência
A eficiência geral de um gerador shunt CC é calculada como a razão entre a potência elétrica de saída e a potência mecânica de entrada. É obtido a partir da fórmula: Eficiência (%) = (potência de saída / potência de entrada) * 100
Efeitos de saturação magnética
À medida que o fluxo magnético aumenta, o núcleo do gerador pode atingir um ponto de saturação onde aumentos adicionais na corrente de excitação não resultam em aumentos proporcionais no fluxo magnético. Este fenômeno pode afetar a capacidade do gerador de manter uma regulação de tensão estável sob cargas elevadas.
Considerações específicas da aplicação
A aplicação pretendida influencia o projeto e a operação de um gerador CC em derivação. Por exemplo, em aplicações onde a tensão constante é crítica, a correspondência de resistência de campo recebe atenção especial.
Avanços e modernização
Avanços em materiais, sistemas de controle e técnicas de construção permitiram que os engenheiros melhorassem a eficiência e o desempenho dos geradores shunt CC. Os sistemas de controle digital permitem ajustes em tempo real para otimizar o desempenho sob diferentes condições.
Conclusão
Em resumo, as características de um gerador DC shunt fornecem uma visão fascinante do intrincado funcionamento deste notável dispositivo. Desde sua automação e controle magnético até seu controle de excitação e eficiência de fornecimento de energia, o gerador shunt CC possui uma variedade de recursos fascinantes. Ao compreender essas características, os engenheiros podem aproveitar todo o potencial deste dispositivo e permitir a geração de energia confiável e eficiente para uma ampla gama de aplicações. À medida que nos aprofundamos no fascinante mundo da engenharia elétrica, o gerador shunt CC permanece um testemunho atemporal das maravilhas da geração e controle de energia.
