aula 11 gerador elementar

ELETRÔNICA E ELETRICIDADE BÁSICA

Gerador elementar

Toda geração da eletricidade é baseada na lei de Faraday ou lei da indução magnética, ela é definida da seguinte forma: “Quando uma bobina feita de material condutor é deslocada em relação a um campo magnético ou o campo magnético é deslocado em relação à bobina, uma tensão induzida surge em seus terminais”.


Gerador elementar

O gerador elementar, concebido por Michael Faradayem 1831, na Inglaterra e mais ou menos na mesma época por Joseph Henry, nos Estados Unidos, era constituído por uma espira que girava entre os pólos de um ímã, semelhante à figura:


Gerador elementar

Uma espira de fio girando em um campo magnético forma um gerador elementar, que é ligado ao circuito externo por meio dos anéis coletores. A força eletromotriz e a corrente de um gerador elementar mudam de direção cada vez que a espira gira 180°. A tensão de saída deste gerador é alternada. É um ALTERNADOR.


Gerador elementar


Gerador elementar

• O controle da tensão de saída é realizado por meio da variação da intensidade do campo;

• Os geradores de CA e de CC têm o mesmo princípio de funcionamento, diferenciando-se apenas na forma como coletam a tensão induzida na armadura (que é sempre alternada);

• As extremidades das espiras são ligadas aos anéis coletores que giram com a armadura. Escovas fazem contato com os anéis coletores e ligam a armadura ao circuito externo.


Gerador elementar

Com a intenção de eliminar as escovas (fonte de problemas) utiliza-se o alternador de campo girante. Nesse tipo de gerador a bobina onde será induzida a tensão fica fixa no estator da máquina, o que gira é um campo que está no rotor. A figura a seguir mostra um alternador de campo girante.


Gerador elementar

O rotor gira, fazendo alternar o campo magnético nas bobinas do estator induzindo tensão nas mesmas possibilitando a ligação direta com a carga sem auxilio de escovas. Construtivamente este tipo de gerador é semelhante ao motor síncrono diferindo apenas, quanto à aplicação, pois aqui a energia mecânica é convertida em energia elétrica. No motor síncrono o estator foi alimentado com uma tensão trifásica a qual criou um campo magnético girante, agora a tensão é gerada no estator que alimenta a carga.


Gerador elementar

Alternadores de Pólos Salientes é o fato de que entre um pólo e outro há uma espaço de ar considerável. Pela equação é possível se observar que para o rotor girar em baixas velocidades ele deve ter um grande número de pólos.


Gerador elementar

Baixa rotação geralmente caracteriza um diâmetro D do rotor elevado e comprimento axial L pequena em relação ao diâmetro Estes tipos de geradores são utilizados na geração hidráulica de energia eles são chamados de hidrogeradores. Na geração de energia hidrelétrica, a maioria das turbinas hidráulicas trabalham com baixa velocidade de rotação, entre 50 e 300 rpm, a fim de obter-se o máximo desempenho do aproveitamento hidráulico.


Gerador elementar

Nos alternadores de pólos lisos o entreferro é pequeno (espaço entre o rotor e o estator como mostrado na figura a seguir). Este gerador tem um pequeno número de pólos (entre 2 e 4) e conseqüentemente altas velocidades de rotação (1500 a 3600 rpm).


Gerador elementar

O período de uma tensão ou corrente alternada é o tempo necessário para completar um ciclo. Esse tempo é inversamente proporcional à frequência. Fórmula do período é: T= 1/f T= tempo em segundos (s)f = frequência em Hertz (Hz)1 Hertz = 1 ciclo por segundo


Gerador elementar

Temos, ainda, uma fórmula que relaciona a frequência com a velocidade e o número de pólos do gerador: f=n.P/120f= frequência em Hertz (ciclos)n = número de rotações por minuto(rpm)p= número de pólos do gerador


Gerador elementar Número de polos Frequência em Hz

60 50

2 1800 1500

4 3600 3000

6 1200 1000

8 900 750

10 720 600

12 600 500

O número de pólos da máquinas terá que ser sempre par, para formar os pares de pólos.


Gerador elementar


Gerador elementar

Temos, ainda, uma fórmula que relaciona a frequência com a velocidade e o número de pólos do gerador: f=n.P/120f= frequência em Hertz (ciclos)n = número de rotações por minuto(rpm)p= número de pólos do gerador


Gerador elementar

Excitação Dinâmica, nesse tipo de excitação, como o nome sugere, é realizada a partir de um dispositivo rotativo. Esse dispositivo rotativo deve fornecer uma corrente contínua aos terminais do enrolamento de campo do rotor para criação do campo magnético, podendo ser de dois tipos: Excitatriz com gerador de corrente continua e Excitatriz com gerador de corrente alternada sem escovas, ou Brushless.


Gerador elementar

Na excitação estática, como o próprio nome sugere, não há elementos giratórios na geração da tensão continua que alimenta a bobina de campo do alternador síncrono por meio de anéis coletores.


Gerador elementar

Neste caso a tensão de alimentação é provida inicialmente do magnetismo residual do gerador, criando uma pequena tensão, essa tensão é retificada e alimenta o enrolamento de campo do gerador fazendo com que ele crie uma tensão maior. Essa tensão maior é novamente retificada e alimenta novamente o enrolamento de campo. Esse processo de realimentação acontece até um ponto estável de tensão gerado que é determinada pelo regulador de tensão.


Gerador elementar

Um gerador elementar de corrente continua idêntico ao gerador de corrente alternada (alternador) com a diferença da tensão de saída. No alternador a saída é alternada. No gerador CC a tensão gerada também é alternada, a diferença se localiza na saída da tensão que é retificada mecanicamente no coletor constituído por duas lâminas seccionadas chamada de comutador.


Gerador elementar

Tendo-se uma bobina gerando em um campo magnético, as variações de fluxo do pólo norte e do pólo sul sucedem-se na rotação, isso faz com que seja gerado na bobina uma fem. alternada senoidal. Ficou evidente que é impossível gerar fem contínua diretamente por intermédio de bobinas que giram dentro de um campo magnético. Por esse motivo usa-se um coletor formado por lâminas de cobre isoladas entre si, para retificar a fem. alternada induzida.


Gerador elementar


Gerador elementar

Tendo-se uma bobina gerando em um campo magnético, as variações de fluxo do pólo norte e do pólo sul sucedem-se na rotação, isso faz com que seja gerado na bobina uma fem. alternada senoidal. Ficou evidente que é impossível gerar fem contínua diretamente por intermédio de bobinas que giram dentro de um campo magnético. Por esse motivo usa-se um coletor formado por lâminas de cobre isoladas entre si, para retificar a fem. alternada induzida.


Exercícios:1. O que ocorre com uma bobina ao ser

deslocada por um campo magnético? 2. Descreva o funcionamento de um gerador

elementar.3. Qual a vantagem em utilizar um alternador de

campo girante?4. Qual o tipo de alternador recomendado para

ser usado em baixa rotação?5. O que diferencia um alternador de CC de um

de CA?

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