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 R_c, causada pela rugosidade superficial e pelas micro-falhas de contato. Quando passa a corrente de excitação I_f por essa região, gera-se uma queda de tensão na escova
V_{\text{queda}} = R_c\,I_f
e, portanto, uma potência dissipada em calor

Passo 3

Podemos calcular a perda elétrica nas escovas de duas formas equivalentes:
P_{\text{elétrica}} = I_f^2\,R_cé
ou, usando a queda de tensão,
P_{\text{elétrica}} = V_{\text{queda}} \times I_fé

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 F, da velocidade periferia do anel v e do coeficiente de atrito \mu:
P_{\text{atrito}} = \mu\,F\,v
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
P_{\text{elétrica}} = V_{\text{queda}}\;I_f = I_f^2\,R_cé
(b) mecânica, por atrito escova–anel, dada por
P_{\text{atrito}} = \mu\,F\,v
A perda total nas escovas é
P_{\text{total}} = P_{\text{elétrica}} + P_{\text{atrito}}é

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