Como se dá a perda nas escovas de geradores dotados de anéis na excitação?
Passo 1
O enunciado pergunta como ocorrem as perdas nas escovas de um gerador que utiliza anéis coletores na excitação de campo. O conteúdo é de máquinas elétricas (geradores de corrente contínua ou alternadores com excitação independente) e precisamos entender a física da interface escova–anel (queda de tensão e atrito).
Passo 2
Na interface escova–anel existe uma resistência de contato
, causada pela rugosidade superficial e pelas micro-falhas de contato. Quando passa a corrente de excitação
por essa região, gera-se uma queda de tensão na escova
e, portanto, uma potência dissipada em calor
Passo 3
Podemos calcular a perda elétrica nas escovas de duas formas equivalentes:
ou, usando a queda de tensão,
Passo 4
Além da perda elétrica, há perda mecânica por atrito entre a escova e o anel. Essa potência de atrito depende da força de contato
, da velocidade periferia do anel
e do coeficiente de atrito
:
Logo, a perda total nas escovas é a soma das perdas elétrica e mecânica.
Resposta
As escovas perdem energia de duas formas principais:
(a) elétrica, devido à queda de tensão na resistência de contato, dada por
(a) elétrica, devido à queda de tensão na resistência de contato, dada por
(b) mecânica, por atrito escova–anel, dada por
A perda total nas escovas é