Universidade Federal do Triângulo Mineiro
Felipe Oliveira de Morais
Fernando Dutra Silva
Lista de Exercícios I
Uberaba
2015
Felipe Oliveira de Morais
Fernando Dutra Silva
Lista de Exercícios I
Relatório técnico-científico apresentado como requisito parcial de avaliação da disciplina de Eletricidade Aplicada à Engenharia, da Universidade Federal do Triângulo Mineiro. Professor Dr. Fabrício Augusto Matheus Moura
Uberaba
2015
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1
1.1 CAPÍTULO 1: A NATUREZA DA ELETRICIDADE ......................................... 1
1.1.1 ESTRUTURA DO ÁTOMO ...................................................................... 1
1.1.2 O COULOMB ........................................................................................... 1
1.1.3 DIFERENÇA DE POTENCIAL ................................................................. 1
1.1.4 CORRENTE ELÉTRICA .......................................................................... 2
1.1.5 FLUXO DE CORRENTE .......................................................................... 2
1.1.6 Fontes de eletricidade ............................................................................. 2
1.2 CAPÍTULO 2: PADRÕES ELÉTRICOS E CONVENÇÕES ............................ 2
1.2.1 UNIDADES .............................................................................................. 2
1.2.2 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO .................................................................. 2
1.3 CAPÍTULO 3: LEI DE OHM E POTÊNCIA ..................................................... 3
1.3.1 CIRCUITO ELÉTRICO ............................................................................ 3
1.3.2 RESISTÊNCIA ......................................................................................... 3
1.3.3 RESISTORES FIXOS .............................................................................. 3
1.3.4 RESISTORES VARIÁVEIS ...................................................................... 3
1.3.5 LEI DE OHM ............................................................................................ 3
1.3.6 POTÊNCIA ELÉTRICA ............................................................................ 4
1.3.7 CAVALO VAPOR ..................................................................................... 4
1.3.8 ENERGIA LIBERADA .............................................................................. 4
1.4 CAPÍTULO 4: CIRCUITOS SÉRIE DE CORRENTE CONTÍNUA .................. 4
1.4.1 TENSÃO, CORRENTE E RESISTÊNCIA EM CIRCUITOS EM SÉRIE ... 4
1.4.2 POLARIDADE E QUEDAS DE TENSÃO ................................................ 5
1.4.3 CONDUTORES ....................................................................................... 5
1.4.4 POTÊNCIA TOTAL EM UM CIRCUITO EM SÉRIE ................................. 5
1.5 CAPÍTULO 5: CIRCUITOS PARARELO DE CORRENTE CONTÍNUA.......... 5
1.5.1 TENSÃO E CORRENTE EM UM CIRCUITO PARALELO ...................... 5
1.5.2 RESISTÊNCIA EM PARALELO............................................................... 6
1.5.3 CIRCUITO ABERTO E CURTO-CIRCUITO ............................................ 6
1.5.4 DIVISÃO DA CORRENTE EM DOIS RAMOS PARALELOS ................... 6
1.5.5 A POTÊNCIA EM CIRCUITOS PARALELOS .......................................... 6
1.6 CAPÍTULO 6: BATERIAS ............................................................................... 7
1.6.1 A PILHA VOLTAICA ................................................................................ 7
1.6.2 PILHAS EM SÉRIE E EM PARALELO .................................................... 7
1.6.3 PILHAS PRIMARIAS E SECUNDARIAS ................................................. 7
1.6.4 CARACTERÍSTICAS DAS BATERIAS .................................................... 7
1.7 CAPÍTULO 7: LEIS DE KIRCHHOFF ............................................................. 8
1.7.1 LEI DE KIRCHHOFF PARA TENSÃO (LKT) ........................................... 8
1.7.2 LEI DE KIRCHHOFF PARA CORRENTE (LKC) ..................................... 9
1.7.3 AS CORRENTES NAS MALHAS ............................................................ 9
1.7.4 TENSÕES NOS NÓS .............................................................................. 9
1.8 CAPÍTULO 8: CÁLCULO DE REDES ............................................................ 9
1.8.1 REDES EM Y E EM DELTA .................................................................... 9
1.8.2 SUPERPOSIÇÃO .................................................................................. 10
1.8.3 TEOREMA DE THEVENIN .................................................................... 10
1.8.4 TEOREMA DE NORTON ...................................................................... 11
1.8.5 TRANSFERÊNCIA MÁXIMA DE POTÊNCIA ........................................ 11
1.9 CAPÍTULO 10: GERADORES E MOTERES DE CORRENTE CONTÍNUA . 11
1.9.1 MOTORES E GERADORES ................................................................. 11
1.9.2 COMPONENTES ................................................................................... 11
1.9.3 GERADOR CC SIMPLES ...................................................................... 12
1.9.4 ENROLAMENTOS DA ARMADURA ..................................................... 13
1.9.5 EXCITAÇÃO DO CAMPO ..................................................................... 13
1.9.6 PERDAS E EFICIÊNCIA DE UMA MÁQUINA CC ................................. 13
1.9.7 MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA ................................................... 14
1.9.8 VELOCIDADE DE UM MOTOR ............................................................. 15
2 CONCLUSÃO ..................................................................................................... 15
3 REFERÊNCIAS .................................................................................................. 16
4 ANEXOS ............................................................................................................. 16
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 CAPÍTULO 1: A NATUREZA DA ELETRICIDADE
1.1.1 ESTRUTURA DO ÁTOMO
Matéria é algo que possui massa e ocupa lugar no espaço e é constituída por
partículas pequenas chamadas átomos.
Pode ser classificada em: Elementos ou Compostos dependendo da
combinação dos átomos.
Os átomos são constituídos de partículas subatômicas; elétrons, prótons,
nêutrons.
Os elétrons situados na camada de externa são chamados de elétrons de
valência, ao se fornecer a certos materiais energia externa como calor, luz ou
energia elétrica, os elétrons adquirem energia. Isto pode fazer com que os elétrons
se desloquem para um nível de energia mais alto. Quando isso acorre, diz-se que o
átomo está num estado excitado.
Um átomo excitado é instável e dependendo da magnitude da energia
aplicada, o elétron pode abandonar o átomo.
O movimento de elétrons livre produz corrente elétrica em um condutor
metálico.
1.1.2 O COULOMB
A quantidade de carga elétrica que um corpo possui é determinada pela
diferença entre o número de prótons e o número de elétrons que o corpo contém.
O símbolo que representa a quantidade de carga elétrica de um corpo é Q,
que é expresso numa unidade chamada de Coulomb.
1.1.3 DIFERENÇA DE POTENCIAL
A capacidade de uma carga realizar trabalho é chamada de potencial.
Quando uma carga for diferente da outra, haverá uma diferença de potencial entre
elas. O somatório das diferenças de potencial é chamado de Força eletromotriz.
A unidade de diferença de potencial é o volt (V). A diferença de potencial é
chamada de tensão.
2
1.1.4 CORRENTE ELÉTRICA
Movimento ou fluxo de elétrons.
Para se produzir a corrente, os elétrons devem se deslocar pelo efeito de uma
diferença de potencial, a unidade de corrente é o Ampere (A).
1.1.5 FLUXO DE CORRENTE
O fluxo de convencional adotado é das cargas positivas para as negativas e
esse será o adotado na análise de circuitos elétricos.
1.1.6 Fontes de eletricidade
Alguns exemplos de fontes de eletricidade são:
- Bateria Química;
- Energia Térmica;
- Gerador elétrico;
- Conversão Magnetohidrodinâmica;
- Emissão termoiõnica;
- Pilhas Solares;
- Efeito Rizoelétrico;
- Efeito fotoelétrico;
- Termopares.
1.2 CAPÍTULO 2: PADRÕES ELÉTRICOS E CONVENÇÕES
1.2.1 UNIDADES
Em eletricidade usa-se o sistema métrico internacional de unidade conhecido
comumente por SI. As sete unidades básicas do SI são: comprimento, massa,
tempo, corrente elétrica, temperatura, intensidade luminosa, e quantidade de
matéria.
1.2.2 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO
É uma forma abreviada de se desenhar o circuito elétrico, e os circuitos são
representados geralmente dessa forma.
3
1.3 CAPÍTULO 3: LEI DE OHM E POTÊNCIA
1.3.1 CIRCUITO ELÉTRICO
Na prática o circuito elétrico consta de pelo menos quatro partes: (1) fonte
eletromotriz (fem), (2) condutores, (3) uma carga e (4) instrumentos de controle.
A fem é a bateria, os condutores são os fios que ligam as várias partes do
circuito e conduzem a corrente, o resistor é a carga e a chave é o dispositivo de
segurança (controle).
1.3.2 RESISTÊNCIA
É a oposição ao fluxo da corrente. Para se aumentar a resistência de um
circuito, são utilizados componentes elétricos chamados de resistores. A resistência
é medida em ohms e é representada pelo símbolo R nas equações.
Algumas aplicações frequentes dos resistores são: estabelecer o valor
adequado da tensão do circuito, limitar a corrente e constituir-se numa carga.
1.3.3 RESISTORES FIXOS
É aquele que possui um único valor de resistência que permanece constante
sob condições normais. Existem dois tipos: resistores de carbono e resistores de fio
enrolado.
1.3.4 RESISTORES VARIÁVEIS
São usados para variar ou mudar a quantidade de resistência de um circuito.
São chamados de potenciômetros ou reostatos.
Os potenciômetros geralmente possuem o elemento resistivo formado por
carbono, enquanto nos reostatos ele é constituído por fio enrolado.
1.3.5 LEI DE OHM
Define a relação entre a corrente, a tensão e a resistência.
𝑉 = 𝑅𝐼
4
1.3.6 POTÊNCIA ELÉTRICA
A Potência elétrica P usada em qualquer parte do circuito é igual a corrente I
nessa parte multiplicada pela tensão V através dessa parte do circuito. A fórmula
para o cálculo da potência é:
𝑃 = 𝑉𝐼
Para evitar que o resistor se queime, a especificação de potência de qualquer
resistor usado num circuito deve ser o dobro da potência calculada.
1.3.7 CAVALO VAPOR
Um motor é um dispositivo que converte potência elétrica em potência
mecânica num eixo de rotação. Essa potência é medida em W ou KW, já a energia
liberada por um motor é medida em cavalo-vapor (hp). Um cavalo vapor é
equivalente a 746 W de potência elétrica.
1.3.8 ENERGIA LIBERADA
Energia e trabalho são praticamente a mesma coisa e são ambas expressas
nas mesmas unidades. Entretanto, a potência é diferente, por que ela leva em conta
o tempo gasto na realização do trabalho.
Sendo o watt a unidade de potência, um watt usado durante um segundo é
igual ao trabalho de um joule, ou um watt é um joule por segundo.
O quilowatt-hora (kWh) é uma unidade comumente usada para designar
grandes quantidade de energia elétrica ou trabalho. A quantidade de quilowatt-hora
é calculada fazendo-se o produto da potência em quilowatt pelo tempo em horas
durante o qual a potência foi utilizada.
1.4 CAPÍTULO 4: CIRCUITOS SÉRIE DE CORRENTE CONTÍNUA
1.4.1 TENSÃO, CORRENTE E RESISTÊNCIA EM CIRCUITOS EM SÉRIE
Um circuito série é aquele que permite somente um percurso para a
passagem da corrente, no circuito em série, a corrente I é a mesma em todos os
pontos do circuito, ou seja, a corrente é a referência no circuito em série.
O sinal é constante e invariável com o tempo em corrente contínua.
5
Resistência é o elemento que se opõem a passagem da corrente e a
resistência equivalente do circuito, Rt, é a soma de todas as resistências.
A tensão total, Vt, é a soma de todas as tensões nos elementos.
Resistores podem também ser usados para gerar uma divisão de tensão em
que basta que sejam associados em série e com isso gerar um divisor resistivo.
1.4.2 POLARIDADE E QUEDAS DE TENSÃO
Uma corrente circulando através de uma resistência resulta em uma diferença
de potencial (ddp) entre seus terminais. Essa ddp é conhecida como “queda de
tensão”.
Sempre que a corrente passa por um elemento ocorre uma queda de tensão
(seta ao contrário da orientação da corrente) e essa queda acontece em qualquer
resistor percorrido por uma corrente elétrica.
.
1.4.3 CONDUTORES
Sua análise é importante considerando condutores utilizados para a
alimentação de equipamentos, pois dependendo da queda de tensão no condutor o
equipamento terá sua eficiência reduzida.
O valor da resistência de um condutor varia de acordo com a temperatura. A
equação que relaciona as duas grandezas é:
𝑅𝑡 = 𝑅0 + 𝑅0(𝛼𝛥𝑇)
1.4.4 POTÊNCIA TOTAL EM UM CIRCUITO EM SÉRIE
A potência total em um circuito em série pode ser calculada por:
𝑃𝑡 = 𝑉𝑡. 𝐼
1.5 CAPÍTULO 5: CIRCUITOS PARARELO DE CORRENTE CONTÍNUA
1.5.1 TENSÃO E CORRENTE EM UM CIRCUITO PARALELO
Circuito paralelo é aquele no qual dois ou mais componentes estão ligados à
mesma fonte de tensão. Com isso podemos verificar que a tensão é a referência do
circuito em paralelo.
6
No circuito em paralelo existe mais de um caminho para a circulação de
corrente.
1.5.2 RESISTÊNCIA EM PARALELO
No circuito em paralelo é possível associar todas as resistências e obter uma
única equivalente.
O valor da resistência total (Rt) é calculada por:
1
𝑅𝑡=
1
𝑅1+
1
𝑅2+
1
𝑅𝑛
1.5.3 CIRCUITO ABERTO E CURTO-CIRCUITO
O circuito aberto acontece quando há uma interrupção no circuito principal,
assim a corrente não chegará a nenhum dos ramos conectados em paralelo, mas
quando estiver aberto em algum dos ramos a corrente não chegará somente nesse
ramo.
Já o curto circuito é quando toda a corrente é desviada para o local do curto
pois ela tende a procurar o local menos resistivo para percorrer.
1.5.4 DIVISÃO DA CORRENTE EM DOIS RAMOS PARALELOS
Se for conhecida a corrente total e deseja-se obter as correntes nos ramos
em paralelo, pode-se utilizar as seguintes equações:
𝐼1 =𝑅2
𝑅1+𝑅2𝐼𝑡
𝐼2 = 𝑅1
𝑅1+𝑅2𝐼𝑡
1.5.5 A POTÊNCIA EM CIRCUITOS PARALELOS
Como a potência dissipada na resistência do ramo deve se originar da fonte
de tensão, a potência total é igual à soma dos valores individuais da potência em
cada ramo.
𝑃𝑡 = 𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃𝑛
7
1.6 CAPÍTULO 6: BATERIAS
1.6.1 A PILHA VOLTAICA
A pilha voltaica química é constituída por uma combinação de materiais
usados para converter energia química em energia elétrica. Ela é formada por dois
eletrodos de metais ou compostos metálicos, diferentes entre si, e um eletrólito, que
é uma solução capaz de conduzir corrente elétrica.
1.6.2 PILHAS EM SÉRIE E EM PARALELO
Quando se associa várias pilhas em série a tensão total da bateria é igual à
soma da tensão em cada uma das pilhas separadamente. Para que as pilhas sejam
posicionadas em série o terminal positivo de uma pilha é ligado ao terminal negativo
da pilha seguinte. Portanto a corrente que passa através de uma bateria formada por
pilhas em série é a mesma que passa por uma única pilha.
Para se obter uma corrente maior, a bateria é formada por pilhas em paralelo.
Quando as pilhas estão dispostas em paralelo, todos os terminais positivos são
ligados juntos e todos os terminais negativos também estão ligados juntos pelo
mesmo fio. Ou seja, qualquer ponto do lado positivo pode ser considerado como um
terminal positivo da bateria, assim como qualquer ponto do lado negativo pode ser o
terminal negativo.
1.6.3 PILHAS PRIMARIAS E SECUNDARIAS
Pilhas primárias são aquelas que não podem ser recarregadas ou retornarem
às condições originais de funcionamento. Já as pilhas secundárias são as pilhas que
podem ser recarregadas, processo no qual os componentes químicos que produzem
a energia elétrica são restituídos às suas condições originais.
1.6.4 CARACTERÍSTICAS DAS BATERIAS
1.6.4.1 RESISTÊNCIA INTERNA
Uma bateria é um gerador de tensão cc. Todos os geradores têm uma
resistência interna. Como qualquer corrente na bateria deve fluir através da
resistência interna que está em série com a tensão gerada.
8
1.6.4.2 PESO ESPECÍFICO
Peso específico de qualquer líquido é dado pela razão que compara o seu
peso com o peso de igual volume de água. Quanto mais alto o peso específico,
menor a resistência interna da pilha e mais alta a corrente de carga permitida. A
medida que a pilha se descarrega, a água formada dilui os componentes químicos, e
o peso específico diminui lentamente até a pilha poder ser considerada
descarregada.
1.6.4.3 CAPACIDADE
A capacidade de uma pilha é dada em ampères-hora (Ah). A capacidade de
uma bateria determina o tempo que ela funcionará com uma dada taxa de descarga.
A capacidade de uma pilha é a sua habilidade de liberar uma dada quantidade de
corrente para o circuito ao qual está ligada.
1.6.4.4 VIDA SEM USO
A vida sem uso de uma bateria é o período durante o qual a bateria pode ser
guardada sem perder mais que aproximadamente 10 por cento da sua capacidade
original. Recomenda-se manter a bateria em local frio e seco a fim de prolongar a
vida sem uso da bateria.
1.7 CAPÍTULO 7: LEIS DE KIRCHHOFF
1.7.1 LEI DE KIRCHHOFF PARA TENSÃO (LKT)
A Lei de Kirchhoff para tensão, ou lei das malhas, afirma que a tensão
aplicada a um circuito fechado é igual à soma das quedas de tensão naquele
circuito. Uma outra forma de enunciar a LKT, a soma algébrica das subidas ou
aumentos das quedas de tensão dever ser igual a zero. Uma fonte de tensão ou fem
é considerada como um aumento de tensão, uma tensão através de um resistor
consiste numa queda de tensão.
𝑉𝑎 = 𝑉1 + ⋯ + 𝑉𝑛
Onde Va é a tensão aplicada e V1 até Vn são as quedas de tensão.
9
1.7.2 LEI DE KIRCHHOFF PARA CORRENTE (LKC)
A Lei de Kirchhoff para corrente, ou lei dos nós, afirma que a soma das
correntes que entraram numa junção é igual à soma das correntes que saem da
junção. Essa junção também é conhecida como nó.
Se consideramos que as correntes que entram numa junção como positivas e
as que saem da mesma junção como negativas, então a lei afirma que a soma
algébrica de todas as correntes que se encontram numa junção é zero.
∑ 𝐼 = 0
1.7.3 AS CORRENTES NAS MALHAS
As leis de Kirchhoff podem ser simplificadas através de um método que utiliza
as correntes nas malhas. Uma malha é um percurso fechado de um circuito.
Escolhido uma malha aplica-se a Lei de Kirchhoff para tensão ao longo do percurso
da malha. As equações resultantes determinam as correntes da malha que são
desconhecidas.
1.7.4 TENSÕES NOS NÓS
Um outro método para se resolver um circuito com correntes de malhas utiliza
as quedas de tensão, para determinar as correntes num dado nó. Utiliza-se de
equações nos nós para correntes, de forma a satisfazer a Lei de Kirchhoff para
corrente. Resolvendo as equações é possível calcular as tensões desconhecidas
nos nós.
1.8 CAPÍTULO 8: CÁLCULO DE REDES
1.8.1 REDES EM Y E EM DELTA
Uma rede é chamada de rede em T ou rede em Y em virtude da sua forma. Já
uma rede é chamada de rede em π ou em Δ também em virtude da sua forma.
Ao se analisar as redes é útil converter o tipo Y em Δ ou Δ em Y, para
simplificar a solução. As fórmulas para essas conversões são decorrentes das leis
10
de Kirchhoff. Depois de serem aplicadas as fórmulas de conversão, uma rede é
equivalente à outra, porque possuem resistências equivalentes através de qualquer
um dos pares de terminais.
1.8.2 SUPERPOSIÇÃO
O teorema da superposição afirma que, numa rede com duas ou mais fontes,
a corrente ou a tensão para qualquer componente é a soma algébrica dos efeitos
produzidos por cada fonte atuando independentemente. A fim de se usar uma fonte
de cada vez, todas as outras fontes são retiradas do circuito. Ao se retirar uma fonte
de tensão, faz-se no seu lugar um curto-circuito.
A fim de se sobrepor correntes e tensões, todos os componentes precisam
ser lineares e bilaterais. Por linear entende-se que a corrente é proporcional à
tensão aplicada, isto é, a corrente e a tensão obedecem à Lei de Ohm. Então, as
correntes calculadas para diferentes fontes de tensão podem ser superpostas, isto é,
somando algebricamente. Por bilateral entende-se que a corrente deve ter o mesmo
valor nas polaridades opostas da fonte de tensão. Então os valores em sentidos
opostos da corrente podem ser somados algebricamente.
1.8.3 TEOREMA DE THEVENIN
O teorema de Thevenin consiste num método usado para transformar um
circuito complexo num circuito simples equivalente. O teorema de Thevenin afirma
que qualquer rede linear de fontes de tensão e resistências, se consideramos dois
pontos quaisquer da rede, podem ser substituídos por uma resistência equivalente
Rth em série com uma fonte equivalente Vth.
A polaridade de Vth é escolhida de modo a produzir uma corrente de A para B no
mesmo sentido que na rede original. Rth é a resistência Thevenin através dos
terminais A e B da rede com cada fonte de tensão interna curto-circuitada. Vth é a
tensão Thevenin que apareceria através dos terminais A e B com as fontes de
tensão no lugar e sem nenhuma carga ligada através de A e B.
11
1.8.4 TEOREMA DE NORTON
O teorema de Norton é usado para simplificar uma rede em termos de
correntes em vez de tensões. Para análise de correntes, este teorema pode ser
usado para reduzir uma rede a um circuito simples em paralelo com uma fonte de
corrente, que fornece uma corrente de linha total que pode ser subdividida em ramos
paralelos.
O teorema de Norton afirma que qualquer rede ligada a dois terminais
quaisquer A e B podem ser substituídas por uma única fonte de corrente IN em
paralelo com uma única resistência RN. IN é igual a corrente de curto-circuito entre
esses dois terminais AB. RN é a resistência nos terminais A e B, olhando por trás, a
partir dos terminais A e B.
1.8.5 TRANSFERÊNCIA MÁXIMA DE POTÊNCIA
A potência máxima é fornecida pela fonte de tensão e recebida pelo resistor
de carga, se o valor do resistor de carga foi igual ao da resistência interna da fonte
de tensão.
1.9 CAPÍTULO 10: GERADORES E MOTERES DE CORRENTE CONTÍNUA
1.9.1 MOTORES E GERADORES
Um motor é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica
de rotação. Os geradores, por sua vez, são máquinas que convertem energia
mecânica de rotação em energia elétrica. A energia mecânica pode ser fornecida por
uma queda de água, vapor, vento, gasolina ou óleo diesel por exemplo.
1.9.2 COMPONENTES
1.9.2.1 ARMADURA
Num motor, a armadura recebe a corrente proveniente de uma fonte elétrica
externa. Isto faz a armadura girar. Num gerador, a armadura gira por efeito de uma
força mecânica externa. A tensão gerada é então ligada a um circuito externo. Em
resumo, a armadura do motor recebe a corrente de um circuito externo, e a
12
armadura do gerador libera corrente para um circuito externo. Como a armadura gira
ela também é chamada de rotor.
1.9.2.2 COMUTADOR
Uma máquina cc tem um comutador para converter a corrente alternada que
passa pela sua armadura e converter ela em corrente contínua liberada através dos
seus terminais. O comutador é constituído por segmentos de cobre com um par de
segmentos para cada enrolamento da armadura. Os segmentos são montados em
torno do eixo da armadura e são isolados do eixo e do ferro da armadura.
1.9.2.3 ESCOVAS
São conectores de grafita fixos, montados sobre as molas que permitem que
elas deslizem (ou “escovem”) sobre o comutador no eixo da armadura. Assim as
escovas servem de contato entre os enrolamentos da armadura e a caixa externa.
1.9.2.4 ENROLAMENTO DE CAMPO
Este eletroímã produz o fluxo interceptado pela armadura. Num motor, a
corrente para o campo é fornecida pela mesma fonte que alimenta a armadura. Num
gerador, a fonte de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de
excitador, ou proveniente da própria armadura.
1.9.3 GERADOR CC SIMPLES
O gerador cc mais simples é formado por um enrolamento de armadura
contendo uma única espira de fio. Este enrolamento de uma espira intercepta o
campo magnético para produzir a tensão. Se houver um circuito fechado, passará
uma corrente induzida pela bobina. À medida que armadura gira meia volta, os
contatos entre os segmentos do comutador e as escovas são invertidos. Em virtude
dessa ação de comutação, o lado da espira que está em contato com qualquer uma
das escovas está sempre interceptando o campo magnético no mesmo sentido.
13
1.9.4 ENROLAMENTOS DA ARMADURA
As bobinas da armadura usadas em grandes máquinas cc são geralmente
enroladas na sua forma final antes de serem colocadas na armadura. As boninas
pré-fabricadas são colocadas entre as fendas do núcleo laminado da armadura.
Num gerador, a área onde nenhuma tensão pode ser induzida numa espira da
armadura é chamada de plano de comutação ou plano neutro. Este plano está à
meia distância entre os polos de campo norte e sul adjacentes. As escovas são
sempre colocadas de modo a produzir um curto-circuito entre as bobinas da
armadura que estão atravessando o plano neutro, e simultaneamente a saída é
retirada das outras bobinas.
1.9.5 EXCITAÇÃO DO CAMPO
Os geradores cc recebem seus nomes de acordo com o tipo de excitação de
campo utilizado. Quando o campo do gerador é fornecido ou “excitado” por uma
fonte cc separada, como por exemplo uma bateria, ele é chamado de gerador de
excitação separada. Quando o gerador fornece a sua própria excitação, ele é
chamado de auto excitado. Se seu campo estiver ligado em paralelo com o circuito
da armadura, o gerador é chamado de gerador em derivação. Quando o campo está
em série com a armadura, o gerador é chamado de gerador série. Se forem usados
os dois campos, derivação e série, o gerador é chamado de gerador composto. Os
geradores compostos podem ser ligados em derivação curta com o campo de
derivação paralelo somente com uma armadura, ou formando uma derivação longa,
com o campo de derivação em paralelo com a armadura e com o campo em série.
1.9.6 PERDAS E EFICIÊNCIA DE UMA MÁQUINA CC
As perdas estão presentes porque é consumida uma certa potência quando
se faz passar uma corrente através de uma resistência. À medida que armadura gira
no campo magnético, a fem induzida nas partes de ferro permitem a passagem de
corrente parasitas ou de Foucat, que aquecem o ferro representado assim um
desperdício de energia. As perdas por histerese ocorrem quando um material
magnético é magnetizado inicialmente num sentido e em seguida no sentido oposto.
14
Outras perdas rotacionais são produzidas pelo atrito de rolamento no mancal, pelo
atrito das escovas apoiadas sobre o comutador e pelo atrito com o ar.
A eficiência é a razão entre a potência útil na saída e a potência total na
entrada.
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖ê𝑛𝑐𝑖𝑎 =𝑆𝑎í𝑑𝑎
𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
1.9.7 MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA
1.9.7.1 PRINCÍPIO DO MOTOR
Embora a construção mecânica de motores e geradores cc seja muito
parecida, as suas funções são diferentes. A função de um gerador é de gerar uma
tensão quando os condutores se deslocam através de um campo, enquanto um
motor serve para produzir esforço para a rotação, ou torque, para produzir rotação
mecânica.
1.9.7.2 SENTIDO DE ROTAÇÃO DA ARMADURA
Numa bobina retangular formada por uma única espira paralela a um campo
magnético o sentido da corrente no condutor da esquerda é para fora do papel
enquanto no condutor da direita é para dentro do papel. Portanto, o condutor da
esquerda tende a se deslocar para cima e o condutor da direita se deslocar para
baixo. As duas forças agem de modo a produzir um torque que faz a bobina girar no
sentido horário. Obtém-se bons resultados quando se usa um grande número de
bobinas. À medida que a armadura gira e os condutores se afastam de um polo
passando pelo plano neutro, a corrente muda de sentido nos condutores em virtude
da ação do comutador. Assim, os condutores sob um dado polo conduzem a
corrente no mesmo sentido em todos os instantes.
1.9.7.3 TORQUE
O torque produzido por um motor é proporcional à intensidade do campo
magnético e à corrente da armadura.
15
1.9.8 VELOCIDADE DE UM MOTOR
A velocidade de um motor é dada pelo número de rotações do eixo com a
relação ao tempo e é expressa em unidades de rotação por minuto (rpm). Uma
redução no fluxo do campo provoca um acréscimo na sua velocidade. Ao contrário,
um aumento no fluxo do campo provoca uma diminuição na velocidade do motor.
Pelo fato de a velocidade do motor variar com a excitação do campo, costuma-se
empregar uma forma conveniente de se controlar a velocidade variando o fluxo do
campo através do ajuste da resistência no circuito do campo.
Se um motor puder manter uma velocidade praticamente constante para
diferentes cargas, diz-se que o motor apresenta boa regulação de velocidade. A
regulação é geralmente expressa na forma de porcentagem.
2 CONCLUSÃO
Após a leitura e estudo de todos os capítulos podemos nos conscientizar sobre a
importância da eletricidade e de que forma ela contribui para o conforto das muitas
práticas do dia a dia. Durante a leitura dos capítulos podemos aprender sobre a
natureza da eletricidade e de que forma foram padronizadas as formas de medida e
convenções dos efeitos elétricos. Observamos também as leis que regem o
comportamento de fenômenos que ocorrem dentro de circuitos e malhas elétricas.
Passamos pela montagem e características possíveis de arranjar um circuito e
maneiras para deixá-los mais simplificados a fim de conhecer, seja corrente ou a
tensão em determinados trechos de uma rede elétrica. Aprendemos a calcular redes
onde misturava-se vários componentes, além de estudarmos como baterias e
motores se comportam, partes internas e como elas transformam energia elétrica em
energia mecânica e vice-versa.
16
3 REFERÊNCIAS
GUSSOW, MILTON. Eletricidade Básica. 2ªed. São Paulo: Pearson Makron Books,
1997. ISBN: 85.346.0612-9.
4 ANEXOS