Armadura: Definição Função e Partes

O que é um Armadura?

Uma armadura é o componente de uma máquina elétrica (ou seja, um motor ou gerador) que conduz corrente alternada (CA). A armadura conduz CA mesmo em máquinas CC (Corrente Contínua) através do comutador (que periodicamente inverte a direção da corrente) ou devido à comutação eletrônica (por exemplo, em um motor de corrente contínua sem escovas).

A armadura fornece alojamento e suporte para o enrolamento da armadura, que interage com o campo magnético formado na lacuna de ar entre o estator e o rotor. O estator pode ser uma parte rotativa (rotor) ou uma parte estacionária (estator).

O termo armadura foi introduzido no século XIX como um termo técnico significando "guardião de um ímã".

Como Funciona uma Armadura em um Motor Elétrico?

Um motor elétrico transforma energia elétrica em energia mecânica por meio da indução eletromagnética. Isso ocorre quando um condutor portador de corrente dentro de um campo magnético é forçado a se mover, conforme explicado pela regra da mão esquerda de Fleming.

Em um motor elétrico, o estator produz um campo magnético rotativo usando ímãs permanentes ou eletroímãs. A armadura, que geralmente é o rotor, carrega o enrolamento da armadura que está conectado ao comutador e às escovas. O comutador altera a direção da corrente no enrolamento da armadura conforme gira, para que sempre esteja alinhado com o campo magnético.

A interação entre o campo magnético e o enrolamento da armadura gera um torque que faz a armadura girar. O eixo anexado à armadura transfere a potência mecânica para outros dispositivos.

Como Funciona uma Armadura em um Gerador Elétrico?

Um gerador elétrico converte energia mecânica em energia elétrica utilizando o princípio da indução eletromagnética. Quando um condutor se move em um campo magnético, induz uma força eletromotriz (FEM) de acordo com a lei de Faraday.

Em um gerador elétrico, a armadura geralmente é o rotor, impulsionado por um motor principal, como um motor diesel ou uma turbina. A armadura carrega o enrolamento da armadura que está conectado ao comutador e às escovas. O estator produz um campo magnético estacionário usando ímãs permanentes ou eletroímãs.

O movimento relativo entre o campo magnético e o enrolamento da armadura induz uma FEM no enrolamento da armadura, que impulsiona uma corrente elétrica através do circuito externo. O comutador altera a direção da corrente no enrolamento da armadura conforme gira, para que produza uma corrente alternada (CA).

Partes da Armadura & Diagrama

A armadura é composta por quatro componentes essenciais: o núcleo, o enrolamento, o comutador e o eixo. Abaixo está um diagrama ilustrando essas partes.

Perdas na Armadura

A armadura em máquinas elétricas sofre várias perdas, diminuindo sua eficiência e desempenho. Essas perdas incluem:

• Perda de cobre: Esta é a perda de potência devido à resistência do enrolamento da armadura. É proporcional ao quadrado da corrente da armadura e pode ser reduzida usando fios mais grossos ou caminhos paralelos. A perda de cobre pode ser calculada usando a fórmula:

onde Pc é a perda de cobre, Ia é a corrente da armadura e Ra é a resistência da armadura.

Perda de correntes parasitas: Esta é a perda de potência devido às correntes induzidas no núcleo da armadura. Essas correntes são causadas pela mudança do fluxo magnético e produzem calor e perdas magnéticas. A perda de correntes parasitas pode ser reduzida usando materiais de núcleo laminados ou aumentando a lacuna de ar. A perda de correntes parasitas pode ser calculada usando a fórmula:

onde Pe é a perda de correntes parasitas, ke é uma constante dependente do material e forma do núcleo, Bm é a densidade de fluxo máxima, f é a frequência de inversão do fluxo, t é a espessura de cada lâmina, e V é o volume do núcleo.

• Perda de histerese: Esta é a perda de potência devido à magnetização e desmagnetização repetitivas do núcleo da armadura. Este processo causa atrito e calor na estrutura molecular do material do núcleo. A perda de histerese pode ser reduzida usando materiais magnéticos macios com baixa coercividade e alta permeabilidade. A perda de histerese pode ser calculada usando a fórmula:

onde Ph é a perda de histerese, kh é uma constante dependente do material do núcleo, Bm é a densidade de fluxo máxima, f é a frequência de inversão do fluxo, e V é o volume do núcleo.

A perda total da armadura pode ser obtida somando essas três perdas:

A eficiência da armadura pode ser definida como a razão entre a potência de saída e a potência de entrada da armadura:

onde ηa é a eficiência da armadura, Po é a potência de saída e Pi é a potência de entrada da armadura.

Projeto da Armadura

O projeto da armadura é crucial para o desempenho e a eficiência da máquina elétrica, influenciado por vários fatores-chave:

• O número de ranhuras: As ranhuras são usadas para acomodar o enrolamento da armadura e fornecer suporte mecânico. O número de ranhuras depende do tipo de enrolamento, do número de polos e do tamanho da máquina. Geralmente, mais ranhuras resultam em melhor distribuição de fluxo e corrente, menor reatância e perdas, e torque mais suave. No entanto, mais ranhuras também aumentam o peso e o custo da armadura, reduzem o espaço para isolamento e resfriamento, e aumentam o fluxo de fuga e a reação da armadura.

• A forma das ranhuras: As ranhuras podem ser abertas ou fechadas, dependendo de estarem expostas à lacuna de ar ou não. Ranhuras abertas são mais fáceis de enrolar e resfriar, mas aumentam a reluctância e o fluxo de fuga na lacuna de ar. Ranhuras fechadas são mais difíceis de enrolar e resfriar, mas reduzem a reluctância e o fluxo de fuga na lacuna de ar.

• O tipo de enrolamento: O enrolamento pode ser enrolamento em lapela ou ondulado, dependendo de como as bobinas estão conectadas aos segmentos do comutador. Enrolamento em lapela é adequado para máquinas de alta corrente e baixa tensão, pois fornece múltiplos caminhos paralelos para o fluxo de corrente. Enrolamento ondulado é adequado para máquinas de baixa corrente e alta tensão, pois fornece uma conexão em série de bobinas e soma as tensões.

• O tamanho do condutor: O condutor é usado para transportar a corrente no enrolamento da armadura. O tamanho do condutor depende da densidade de corrente, que é a razão entre a corrente e a área da seção transversal. Densidade de corrente mais alta resulta em maior perda de cobre e aumento de temperatura, mas menor custo e peso do condutor. Densidade de corrente mais baixa resulta em menor perda de cobre e aumento de temperatura, mas maior custo e peso do condutor.

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