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Comutação na Máquina DC

As correntes induzidas nos condutores da armadura de um gerador de corrente contínua estão alternando na natureza. A mudança de uma corrente alternada gerada para a corrente contínua aplicada envolve o processo de Comutação. Quando os condutores da armadura estão sob o pólo norte, a corrente induzida flui em uma direção. A corrente flui na direção oposta quando estão sob o pólo sul.

Como o condutor passa pela influência deo pólo norte e entra no pólo sul, a corrente neles é invertida. A inversão da corrente ocorre ao longo do eixo MNA ou da escova. Quando a extensão da escova tem dois segmentos de comutador, o elemento de enrolamento conectado a esses segmentos está em curto-circuito.

O termo Comutação significa a mudança que ocorre em um enrolamentoelemento durante o período de um curto-circuito por uma escova. Vamos entender mais claramente a Comutação considerando um enrolamento de anel simples mostrado abaixo na Figura A.

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Na posição mostrada na Figura A, a corrente que flui para a escova a partir do lado esquerdo passa em volta da bobina no sentido horário. Agora considere a outra figura B mostrada abaixo.

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Na figura acima, a posição da bobinamostra que a mesma quantidade de corrente é transportada por todas as bobinas, e a direção da corrente também é similar, mas a bobina está muito curto-circuitada pela escova.

Na figura C mostrada abaixo, o pincel fazcontato com as barras aeb, portanto bobina de curto-circuito 1. A corrente ainda é do lado esquerdo e do lado direito. Vê-se que estas duas correntes podem alcançar o pincel sem passar pela bobina 1.

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Na figura D mostrada abaixo, a barra (b) temdeixou a escova, e o curto-circuito da bobina um terminou. Agora é necessário que a corrente alcance a escova do lado direito no sentido anti-horário.

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De toda a discussão acima, vê-se quedurante o período do curto-circuito de uma bobina de armadura por uma escova, a corrente na bobina deve ser invertida e também aumentada até seu valor total na direção inversa. O tempo do curto-circuito é chamado de período de comutação.

A figura mostrada abaixo mostra como a corrente ema bobina de curto-circuito varia durante o breve intervalo do curto-circuito. A curva b mostra que a corrente muda de + I para –I linearmente no período de comutação. Tal comutação é chamada Comutação Ideal ou Comutação Direta.

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Se a corrente através da bobina 1 não atingiuo seu valor total na posição na figura D, então, desde que a bobina 2 transporta corrente completa, a diferença entre as correntes através dos elementos 2 e 1 tem que saltar da barra do comutador para a escova na forma de uma faísca. Assim, a causa de faíscas no comutador é a falha da corrente nos elementos de curto-circuito para atingir o valor total na direção inversa ao final do curto-circuito. Isto é conhecido como sob comutação ou comutação atrasada.

A curva da corrente contra o tempo em tal casoé mostrado na figura E pela curva A. Na curva de comutação ideal B, a corrente das bobinas de comutação muda linearmente de + I para –I durante o período de comutação.

Na prática atual, a corrente nobobina de curto-circuito após o período de comutação não atinge seu valor total. Isso se deve ao fato de que a bobina de curto-circuito oferece auto-indução além da resistência. A taxa de mudança de corrente é tão alta que a auto-indutância da bobina configura um FEM de volta, que se opõe à reversão.

Como a corrente na bobina tem que mudar de + I para –I, a mudança total é 2I. Se tc é o tempo de curto-circuito e L é oindutância da bobina (= auto-indutância da bobina de curto-circuito + indutâncias mútuas das bobinas vizinhas), então o valor médio da tensão auto-induzida é

comutação-eq

Isso é chamado de tensão de reatância.

A grande voltagem aparecendo entre o comutadorsegmentos aos quais a bobina está conectada causam faíscas nas escovas da máquina. O faiscamento do comutador é muito prejudicial e danifica a superfície do comutador e as escovas. Seu efeito é cumulativo, o que pode levar a um curto-circuito da máquina com um arco em volta do comutador, de escova para escova.

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