Equipamento de enraizamento é tão comum, mas tão mal compreendido, que mesmo electricistas e engenheiros altamente experientes são frequentemente atormentados com perguntas sobre o seu funcionamento. Este artigo responderá a sete das perguntas mais frequentemente colocadas. As explicações são breves e práticas devido a limitações de espaço; no entanto, permitir-lhe-ão ter uma melhor compreensão deste equipamento.
Questão Nº 1: Armadura, campo, rotor, estator: que é o que?
Por definição, o estator compreende todas as partes eléctricas não rotativas de um gerador ou motor. Também por definição, o rotor inclui todas as partes eléctricas rotativas.
O campo de uma máquina é a parte que gera o campo magnético directo. A corrente no campo não se alterna. O enrolamento da armadura é aquele que gera ou tem uma tensão alternada aplicada a ela.
Usualmente, os termos “armadura” e “campo” são aplicados apenas a geradores de corrente alternada, motores síncronos, motores CC, e geradores CC.
Geradores de corrente alternada. O campo de um gerador síncrono é o enrolamento ao qual a corrente de excitação CC é aplicada. A armadura é o enrolamento ao qual a carga está ligada. Em pequenos geradores, os enrolamentos de campo estão frequentemente no estator, e os enrolamentos de armadura estão no rotor. A maioria das máquinas grandes, contudo, têm um campo rotativo e uma armadura estacionária.
Um motor síncrono é praticamente idêntico a um gerador síncrono. Assim, a armadura é o estator e o campo é o rotor.
máquinas DC. Nas máquinas DC, tanto motores como geradores, a armadura é o rotor, e o campo é o estator. Porque a armadura é sempre o rotor nas máquinas de corrente contínua, muitos electricistas e engenheiros acreditam erradamente que a armadura é o rotor em todos os motores e geradores.
Questão Nº 2: aliviei a tensão da mola nas minhas escovas, e elas ainda se desgastam demasiado depressa. Porquê?
O desgaste das escovas vem de duas causas básicas: atrito mecânico e desgaste eléctrico. O atrito mecânico é causado pela fricção das escovas no comutador ou no anel deslizante. O desgaste eléctrico é causado pelo arco e faísca da escova à medida que esta se desloca sobre o comutador. A fricção mecânica aumenta com a pressão da escova; o desgaste eléctrico diminui com a pressão da escova.
Para qualquer instalação de escova, existe uma quantidade óptima de pressão da escova. Se a pressão diminuir abaixo desta quantidade, o desgaste total aumenta porque o desgaste eléctrico aumenta. Se a pressão for aumentada acima da quantidade óptima, o desgaste total aumenta novamente porque o atrito mecânico aumenta.
Avávezes certificar-se de que a pressão da escova é regulada para o nível recomendado pelo fabricante. Se o desgaste ainda for excessivo, deve investigar o tipo e o tamanho da escova que está a ser utilizada. Lembre-se, a densidade da corrente (amperes por metro quadrado de pincel) deve ser correcta para a aplicação. É necessária uma densidade de corrente adequada para garantir a formação de uma película lubrificante e condutora no comutador ou anel deslizante. Esta película é composta de humidade, cobre, e carbono. Uma densidade de corrente insuficiente inibe a formação desta película e pode resultar em desgaste excessivo do pincel.
Além disso, ambientes com humidade muito baixa não fornecem humidade suficiente para a formação da película lubrificante. Se o desgaste excessivo da escova for um problema em tal ambiente, poderá ter de humidificar a área onde a máquina está a funcionar.
Questão Nº 3: O que é o factor de serviço?
Factor de serviço é a carga que pode ser aplicada a um motor sem exceder as classificações permitidas. Por exemplo, se um motor de 10 cv tiver um factor de serviço de 1,25, ele fornecerá com sucesso 12,5 cv (10 x 1,25) sem exceder a subida de temperatura especificada. Note-se que ao ser conduzido acima da sua carga nominal desta forma, o motor deve ser fornecido com tensão e frequência nominal.
Keep, tendo em mente, contudo, que um motor de 10 cv com um factor de serviço de 1,25 cv não é um motor de 12,5 cv. Se o motor de 10 cv for operado continuamente a 12,5 cv, a sua vida de isolamento pode ser reduzida em até dois terços do normal. Se precisar de um motor de 12,5 cv, compre um; o factor de serviço só deve ser usado para condições de sobrecarga de curto prazo.
Questão Nº 4: O que é um campo magnético rotativo, e porque é que roda?
Um campo magnético rotativo é aquele cujos pólos norte e sul se movem dentro do estator, tal como se um íman de barra, ou ímanes, estivesse a ser girado dentro da máquina.
Veja o estator do motor trifásico mostrado no diagrama anexo. Este é um estator de 2 pólos com as três fases espaçadas a 120 intervalos. A corrente de cada fase entra numa bobina de um lado do estator e sai através de uma bobina do lado oposto. Assim, se uma das bobinas estiver a criar um pólo norte magnético, a outra bobina (para a mesma fase) irá criar um pólo sul magnético no lado oposto do estator.
Na posição 1, a fase B está a criar um pólo norte forte no lado superior esquerdo e um pólo sul forte no lado inferior direito. Na fase A está a criar um pólo norte mais fraco no lado inferior esquerdo e um pólo sul mais fraco no lado inferior direito. A fase C está a criar um campo magnético global, com o seu pólo norte no canto superior esquerdo e o seu pólo sul no canto inferior direito.
Na posição 2, a fase A está a criar um pólo norte forte no canto inferior esquerdo e um pólo sul forte no canto superior direito; assim, os pólos fortes rodaram 60 no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. (Note-se que esta 60 rotação magnética corresponde exactamente a uma alteração eléctrica de 60 correntes de fase). Os pólos fracos também rodaram 60 no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. Isto, com efeito, significa que o campo magnético total rodou 60 da Posição 1.
Com uma análise mais detalhada, podemos mostrar que a força do campo magnético gira suavemente da Posição 1 para a Posição 2, uma vez que as correntes em cada uma das fases variam em 60 graus eléctricos. A análise das Posições 3, 4, 5, e 6 mostra que o campo magnético continua a rodar.
A velocidade à qual o campo magnético roda é chamada velocidade síncrona e é descrita pela seguinte equação:
S = (f x P) / 120 onde S = velocidade de rotação em rotações por minuto f = frequência da tensão fornecida (Hz) P = número de pólos magnéticos no campo magnético rotativo
Se fosse colocado um íman permanente neste estator, com um eixo que permitisse a sua rotação, este seria empurrado (ou puxado) a uma velocidade síncrona. É exactamente assim que um motor síncrono funciona, excepto que o campo magnético do rotor (campo) é criado pelo electromagnetismo em vez de um íman permanente.
Um rotor do motor de indução é composto por enrolamentos em curto-circuito, e uma corrente é induzida nos enrolamentos do rotor quando o campo magnético rotativo corta através deles. Esta corrente cria um campo que se opõe ao campo rotativo. Como resultado, o rotor é empurrado (ou puxado) em volta pelo campo rotativo. Note-se que o rotor do motor de indução não pode rodar à velocidade síncrona, uma vez que o campo rotativo tem de cortar através dos enrolamentos do rotor para criar o binário. A diferença entre a velocidade síncrona e a velocidade real do rotor chama-se deslizamento percentual; é expressa como uma percentagem.
Os motores monofásicos também têm um campo magnético rotativo. O campo rotativo necessário para arrancar o motor é gerado a partir de um segundo enrolamento chamado enrolamento de arranque. Depois de o motor estar em velocidade, o enrolamento de arranque é desligado, e o campo rotativo é desenvolvido pela interacção do enrolamento principal do estator e do rotor.
Questão Nº 5: Como funciona um gerador de indução?
Um gerador de indução é idêntico em construção a um motor de indução. Os enrolamentos do estator são ligados a um sistema de potência trifásico, e as três fases criam um campo magnético rotativo. O rotor do gerador de indução é rodado por um motor principal, que gira mais rápido do que a velocidade síncrona. À medida que os enrolamentos do rotor cortam através do campo rotativo, a corrente é induzida neles. Esta corrente induzida cria um campo que, por sua vez, corta através dos enrolamentos do estator para criar saída de energia para a carga.
O gerador de indução retira assim a sua excitação do sistema de energia ao qual está ligado. O motor de indução deve ter geradores síncronos ligados ao seu estator para começar a gerar. Após o gerador de indução estar a funcionar, os condensadores podem ser utilizados para fornecer a excitação.
Pergunta nº 6: Porque estão isolados os rolamentos do gerador e do motor?
O campo magnético dentro de um motor ou gerador não é completamente uniforme. Assim, à medida que o rotor gira, é desenvolvida uma tensão no eixo longitudinalmente (directamente ao longo do eixo). Esta voltagem faria fluir microcorrentes através da película lubrificante nos rolamentos. Estas correntes, por sua vez, causariam um arco menor, aquecimento e eventual falha dos rolamentos. Quanto maior for a máquina, pior será o problema.
Para evitar este problema, o lado do rotor do corpo de rolamento é frequentemente isolado do lado do estator. Na maioria dos casos, pelo menos um rolamento será isolado, normalmente o mais afastado do motor principal para geradores e o mais afastado da carga para motores. Por vezes, ambos os rolamentos são isolados.
Questão nº 7: Como é que os geradores CA controlam vars, tensão, e potência?
P>Embora os controlos de um gerador interajam, as seguintes generalidades são verdadeiras.
* A potência de um gerador é controlada pelo seu motor principal.
* A tensão e/ou contribuição de var de um gerador são controladas pelo nível de corrente do excitador.
Por exemplo, vamos assumir que uma carga adicional está ligada à saída de um gerador. O fluxo de corrente adicionado aumentará a força do campo magnético da armadura e provocará a desaceleração do gerador. A fim de manter a frequência, o regulador do gerador irá aumentar a entrada de energia para o motor principal. Assim, a potência adicional requerida do gerador é controlada pela entrada do motor principal.
No nosso exemplo aqui, o fluxo magnético líquido no espaço aéreo diminuirá, uma vez que o aumento da armadura se opõe ao fluxo do campo. Se o fluxo de campo não for aumentado para compensar esta mudança, a tensão de saída do gerador diminuirá. Assim, a corrente de excitação é utilizada para controlar a tensão de saída.
Vejamos outro exemplo como um esclarecimento adicional. Suponha-se que é adicionada uma carga var adicional ao nosso gerador. Nesta circunstância, a corrente de saída do gerador irá aumentar novamente. Contudo, uma vez que a nova carga não é “real”, o motor principal só precisa de ser aumentado o suficiente para superar a queda adicional de IV criada pela corrente extra.
Como exemplo final, vamos supor que temos dois ou mais geradores a funcionar em paralelo e a alimentar uma carga. O Gerador 1 (G1) está a carregar toda a carga (real e reactiva) enquanto o Gerador 2 (G2) está a funcionar a zero watts e a zero vars. Se o operador para G2 abre o acelerador do motor principal, G2 começa a alimentar o sistema com watts. Uma vez que a carga ligada não mudou, ambos os geradores irão acelerar a menos que G1 volte a acelerar.
Como G2 capta uma parte adicional da carga, requer um aumento do fluxo de campo. Se o operador de G2 não aumentar o campo de G2, G2 irá retirar a sua excitação adicional de G1, exigindo que G1 aumente o seu nível de excitação. Se nem G1 nem G2 aumentarem o nível de excitação, a tensão global do sistema descerá.
Cadick, P.E. é presidente, Cadick Professional Services, Garland, Tex., um membro da Associação Nacional de Testes Eléctricos (NETA).