1-Explique o princípio da ação motora e geradora em máquinas CC elementares.

Passo 1

O enunciado pede para explicar o princípio de funcionamento de uma máquina de corrente contínua (CC) elementar, tanto na modalidade de ação motora (quando ela atua como motor) quanto na modalidade de ação geradora (quando ela atua como gerador). Para isso, vamos recorrer ao conceito de força de Lorentz, ao fato de que uma corrente num condutor imerso em campo magnético experimenta uma força, e ao mesmo tempo um condutor em movimento num campo magnético tem uma fem induzida.

Passo 2

Entendendo o princípio eletromagnético básico
Quando um condutor de comprimento l percorre um campo magnético uniforme de intensidade B com uma corrente i, ele sofre a força de Lorentz
vec F = i,vec ltimesvec B
Essa força gera um torque sobre o rotor da máquina CC. Reciprocamente, se o rotor se move com velocidade tangencial v, aparece na mesma espira uma força eletromotriz induzida (fem) dada por
e = B,l,v
Esses dois efeitos invertidos (força e fem) formam a base do conversor eletromecânico.

Passo 3

Princípio da ação motora
  1. Aplicando uma tensão V ao enrolamento de armadura, circula uma corrente i.
  2. Essa corrente interage com o campo magnético do entreferro, produzindo o torque de motor
T = kT,i
onde kT é a constante de torque dependente de B, l e do número de condutores.
3. O torque faz o rotor girar e entrega potência mecânica ao eixo.
4. A potência elétrica de entrada é
Pel = V,i
e a potência mecânica de saída é
Pmec = T,omega
com perdas internas, sempre obedecendo a conservação de energia.

Passo 4

Princípio da ação geradora
  1. Se, em vez de alimentar com tensão, aplicamos um torque externo e giramos o eixo com velocidade angular omega, as espiras cortam as linhas de fluxo magnético.
  2. Surge então uma fem induzida na armadura
E = kE,omega
onde kE coincide numericamente com kT.
3. Ao conectar uma carga externa, circula uma corrente gerada ig, fornecendo potência elétrica
Pel = E,ig
  1. A potência mecânica de entrada requerida é
Pmec = T,omega
novamente com perdas, e a máquina converge energia mecânica em elétrica.

Passo 5

Comparação das duas ações
– Na ação motora, energia elétrica entra e sai energia mecânica, corrente e torque têm sentidos tais que o rotor é impulsionado.
– Na ação geradora, energia mecânica entra e sai energia elétrica, a fem induzida supera a tensão de carga e faz fluir corrente para a fonte ou a rede.
O fator determinante é o sentido do torque e da corrente na armadura em relação ao movimento do rotor.

Resposta

O princípio básico de uma máquina CC elementar é a interação eletromagnética entre corrente na armadura e campo magnético.
– Na ação motora, aplica-se tensão à armadura, circula corrente e gera torque pelo efeito de Lorentz, convertendo energia elétrica em mecânica.
– Na ação geradora, gira-se o eixo externamente, induz-se uma fem na armadura e gera corrente, convertendo energia mecânica em elétrica.

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