Reação de Armadura em Geradores CC

Este post foi traduzido originalmente do Electrical Engineering Community Blog.

Há dois tipos de fluxo magnético que agem sobre geradores CC: o primeiro, gerado pelos pólos do estator é conhecido por fluxo principal, enquanto o segundo é devido a corrente circulante na armadura e por isso conhecido por fluxo da armadura. Este último tende a enfraquecer e distorcer o fluxo principal. Assim o fluxo total efetivo em um gerador CC decresce. Esta ação mútua do fluxo da armadura sobre o fluxo principal é denominado reação de armadura.

A figura abaixo mostra em (i) o fluxo principal; em (ii) o fluxo da armadura e em (iii) o fluxo total resultante.

O fluxo total é menor que o fluxo do campo pois ocorre saturação na ponta B do pólo devido ao fluxo de campo mais intenso, assim, o incremento de fluxo na ponta B acaba sendo menor que o decremento de campo na ponta A, em termos absolutos.

A reação de armadura afeta a operação normal de um gerador CC de muitas formas. Ele decrementa o fluxo principal em torno de 10 %, resultando numa queda da f.e.m. gerada com o aumento da corrente de carga. Desta forma, um aumento na corrente de carga eleva as perdas por reação de armadura, com decréscimo da eficiência do gerador. Isto pode ser facilmente compreendido pelo gráfico da característica de carga de um gerador CC, como mostrado a seguir.

A reação de armadura também tem a ver com uma boa comutação. Na comutação a bobina em consideração é curto-circuitada pelas escovas de tal forma que deveria estar em uma posição em que não corrente sobre ela. Mas isto só é possível se a bobina se movesse paralelamente ao campo ou coincide com o eixo de posição neutra. Entretanto, o fluxo total é distorcido devido a reação de armadura e assim o eixo de posição neutra sofre um deslocamento para outra posição. Este deslocamento de eixo é um processo contínuo, devido à variação da carga, de forma que tanto o eixo neutro quanto a posição das escovas jamais coincidem, implicando na dificuldade de se obter uma boa comutação. Esta variação é mostrada na figura a seguir.

Entretanto, para uma corrente de carga constante, a existência de um mecanismo para rotacionar a posição das escovas de forma a se encontrar a posição correta do eixo neutro e assim obter uma boa comutação é algo possível de se conseguir.

Como os efeitos da reação de armadura não são vantajosos para a operação da máquina CC (tanto como gerador, quanto motor), são concebidos alguns métodos com o objetivo de mitigá-los.

Em primeiro lugar, os terminais dos pólos são desenhados de forma que a maior densidade de fluxo não ocorra nas bordas, evitando assim a saturação e a reação de armadura.

Além disso, esta distorção do campo principal pode ser prevenido pelo cancelamento dos efeitos do fluxo produzido pela corrente de armadura. Isto pode ser atingido pela colocação de pólos nos comutadores intercalados com os pólos principais. Estes pólos comutadores são conectados em série com o enrolamento de armadura, de tal forma que cancelem o efeito do fluxo de armadura, preservando apenas o fluxo de campo principal.

Para máquinas maiores, os pólos comutadores não cancelam totalmente o fluxo de reação de armadura, porque seus regimes de altas velocidades permitem grandes mudanças em sua operação em questão de segundos. Desta forma, enrolamentos de compensação são instalados em "slots" nas faces dos pólos principais de campo. Estes enrolamentos também são conectados em série com a armadura de tal forma que a corrente circulante pelo enrolamento compensador é exatamente em oposição simultânea à corrente no enrolamento de armadura. Assim, ele produz fluxo que se opõe em igualdade de magnitude ao fluxo do enrolamento da armadura, havendo cancelamento mútuo e a neutralização da reação de armadura.

A reação de armadura é uma das causas no decréscimo da f.e.m em geradores CC. Este efeito é muito importante ao se considerar as perdas de armadura e outras perdas existentes na máquina (perdas no ferro, etc.), porque todas estas contribuem de alguma forma para a queda da f.e.m. gerada. Contudo, técnicas como os pólos comutadores ou enrolamentos de compensação servem para minimizar estes efeitos, mitigando as perdas que geradores CC apresentam.


Fonte: Electrical Engineering Community Blog