Nessa aula, discorremos sobre a força de lorentz e suas derivações em termos da Força induzida em um condutor percorrido por corrente no campo magnético e tensão induzida em um condutor que se move num campo magnético. A regra de flemming foi mostrada e é útil na determinação da direção da força induzida e da polaridade da tensão induzida (mnemônico FBI, onde F é a direção do polegar, B é indicado pelo indicador e I representa a corrente). Na ação motora a regra de fleming é dada com a mão esquerda e na ação geradora com a mão direita. Veja figura abaixo.
Aplicamos essas definições para demonstrar o funcionamento da máquina linear em três condições: (i) a vazio, (ii) em carga e (iii) como gerador.
Observe a construção da máquina linear, abaixo.
1) Funcionamento em vazio
A máquina inicia o funcionamento com alta corrente (i = Vbateria/R), logo alta força induzida (Find = ↑iLB) e portanto aceleração inicial alta (a = ↑Find/m).
A medida que o movimento ocorre, a velocidade aumenta, a tensão induzida aumenta (e = ↑vLB), a corrente diminui (i = Vbateria - ↑e), consequentemente, a força (Find = ↓iLB) e aceleração diminuem (a = ↓Find/m). Portanto a velocidade aumenta a taxas cada vez menores até a tensão induzida se igualar a tensão da fonte. Dessa maneira a corrente, a força e a aceleração se anulam. A máquina então se mantém a velocidade constante.
As curvas abaixo representam o comportamento da máquina em vazio.
2) Funcionamento em carga (Motor)
Aplicando-se uma força contrária ao movimento da máquina, estando ela inicialmente em vazio, a barra tende a diminuir a velocidade (desacelerar), a tensão induzida tende a cair (e = ↓vLB), a corrente tende a crescer (i = [Vbateria - ↓e]/R) e a força induzida aumenta (Find = ↑iLB) tendendo a se igualar a força contrária. Dessa maneira, a desaceleração vai diminuindo até zerar ( a = [Find - ↑Fcont]/m), pois a força induzida tende a se igualar a força contrária. A máquina alcança uma nova velocidade, menor que a velocidade em vazio.
As curvas abaixo representam o comportamento da máquina em carga.
3) Funcionamento como gerador
Aplicando-se uma força na máquina a favor do movimento, estando a máquina inicialmente em vazio, a barra tende a aumentar a velocidade (acelerar), a tensão induzida tende a superar a da bateria (e = ↑vLB) e a corrente inverte o sentido e tende a crescer (i = [↑e - Vbateria]/R). Tal corrente gera uma força induzida oposta ao movimento que crescerá (Find = ↑-iLB) até se igualar a força aplicada. Dessa maneira, a aceleração vai diminuindo até zerar ( a = [Faplic - ↑Find]/m), pois a força induzida tende a se igualar a força aplicada. A máquina alcança uma nova velocidade, maior que a velocidade em vazio.
As curvas abaixo representam o comportamento da máquina como gerador.
4) Conclusão
Percebemos a tendência de a velocidade da máquina diminuir de velocidade, ser desacelerada, quando operando como motor e necessitar ser acelerada, aumentar a velocidade, para que opere como gerador. Esse princípio é comum a todas as máquinas elétricas rotativas CA.
Por exemplo, no gerador síncrono, quando se varia a carga que ele alimenta, ele não consegue operar na velocidade síncrona nesse momento de transição (sua velocidade aumenta ou diminui temporariamente), mas logo após isso a geração de potência aumenta ou diminui e os controles da máquina restauram a mesma de volta à velocidade síncrona.
Por exemplo, no máquina de indução, quando se varia o carga na ponta do eixo do rotor, ele opera normalmente em velocidades inferiores a velocidade síncrona (motor), como também opera normalmente a velocidades acima da síncrona (gerador). Diferentemente da máquina síncrona, a máquina de indução não alcança o sincronismo.
Até a próxima aula. Peço que leiam com cuidado esse tópico e os slides referentes a aula de hoje para facilitar os trabalhos da próxima aula.
Abraços,
Emannuel J. Fernandes
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