Um gerador de corrente contínua com auto-excitação em derivação de 10 kW, 250 V é acionado a 1000 rpm . A resistência de armadura é 0,1 sigma3 Omega e a corrente de campo é de (1+0,1 sigma2) A para a tensão e carga nominais. As perdas rotacionais são conhecidas como iguais a ( 500+10 sigma1 ) W.
Explique com suas palavras a necessidade da auto-excitação em geradores de corrente contínua e como é possível magnetizar o enrolamento de campo neste caso.

Passo 1

Beleza, o enunciado pede pra gente falar sobre um gerador CC de auto­excitação em derivação (10 kW, 250 V, 1000 rpm), com certa resistência de armadura e corrente de campo dada, além de perdas rotacionais. Mas, na real, não é pra gente fazer conta de potência nem rendimento agora: é pra explicar por que esse gerador precisa de auto­excitação e como a gente magnetiza o enrolamento de campo nele. O conteúdo é teoria de geradores CC – basicamente fluxo magnético, forças eletromotrizes e a tal “build-up” de tensão via campo.

Passo 2

Por que a auto­excitação é necessária?
  1. Num gerador CC, pra gerar tensão a gente precisa de fluxo magnético cortado pelo rotor girando – e esse fluxo vem do campo de excitação.
  2. Se o enrolamento de campo estiver totalmente “zerado” (sem corrente), o fluxo é zero e a f.e.m. cai a zero. Ou seja, ao ligar o gerador “do nada”, ele não vai gerar tensão alguma.
  3. A coincidência salvadora é que sempre fica um tiquinho de fluxinho magnético preso no ferro da máquina, chamado de magnetismo residual. Esse restinho faz surgir uma f.e.m. residual quando o rotor gira.

Passo 3

Como a gente aproveita esse magnetismo residual pra magnetizar de verdade?
  1. Liga o gerador (o campo em derivação está conectado à própria saída).
  2. Surge uma tensão residual If0 ;=;Erm resRf, na armadura; parte dela alimenta o enrolamento de campo através da resistência de campo .
  3. A corrente de campo inicial é
  4. Essa corrente produz um pouco mais de fluxo , o que aumenta a f.e.m. para . Com mais tensão, entra mais corrente de campo, gera mais fluxo, sobe mais tensão… e por aí vai, até estabilizar na tensão nominal de 250 V.
  5. Esse processo de “feedback” positivo é a auto­excitação – tudo sai da tensão residual e, ao final, o próprio gerador sustenta o campo necessário.

Resposta

A auto­excitação é crucial porque, sem um fluxinho inicial (residual), o gerador não geraria tensão alguma e, portanto, não conseguiria alimentar o seu próprio enrolamento de campo. Usamos o magnetismo residual do ferro para criar uma f.e.m. inicial, que gera a corrente de campo via . Essa corrente aumenta o fluxo, eleva a tensão e realimenta o campo até atingir o valor nominal, completando o processo de magnetização automática do enrolamento de campo.

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