Gerador Elétrico

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Gerador Eltrico

Em 1831, tanto Michael Faraday, no Reino Unido, como Joseph Henry, nos Estados Unidos, demonstraram cada um a seu modo, mas ao mesmo tempo, a possibilidade de transformar energia mecnica em energia eltrica.

Figura - Gerador de Corrente Alternada

1. As duas extremidades da armadura de um gerador de corrente alternada ligam-se a anis condutores, a que se apiam escovas de carbono. 2. A armadura gira e a corrente flui no sentido anti-horrio. A escova do anel A conduz a corrente para fora da armadura, permitindo que uma lmpada se acenda; o anel B devolve a corrente armadura. 3. Quando a armadura gira paralelamente ao campo magntico, no h gerao de corrente. 4. Uma frao de segundos depois, a armadura volta a girar paralelamente ao campo magntico, e a corrente inverte seu sentido: a escova do anel coletor B a conduz para fora da armadura e a do anel A a devolve armadura.

Se variarmos o fluxo de B que atravessa uma espira, ou seja, a quantidade de linhas de campo que furam a superfcie plana de uma espira (figura 1) produziremos uma corrente induzida na espira que tenta criar um campo magntico, instantaneamente, para compensar a perda ou o ganho de campo. Ou seja, se a variao for no sentido de diminuir as linhas de campo, produziremos uma corrente induzida que cria campo na mesma direo e sentido que o campo da espira (sequencia superior da figura). Se a variao for no sentido de criar linhas de campo, ento surgir uma corrente induzida para criar um campo induzido na mesma direo mas em sentido oposto do campo da espira para anularmos o este acrscimo (sequencia inferior da figura).

Embora diversas formas de energia (mecnica, trmica, qumica etc.) possam ser convertidas em eletricidade, o termo "gerador eltrico" se reserva, na indstria, apenas para as mquinas que convertem energia mecnica em eltrica. Conforme as caractersticas da corrente eltrica que produzem, os geradores podem ser de corrente contnua (dnamos) e alternada (alternadores). Histrico Os geradores usados na indstria so baseados no mesmo princpio empregado por Faraday e Henry: a induo magntica. O gerador de Faraday consistia num disco de cobre que girava no campo magntico formado pelos plos de um m de ferradura e produzia corrente contnua. Um ano depois, outro pesquisador obteve

corrente alternada valendo-se de um gerador com ms e enrolamento de fio numa armadura de ferro. As mquinas eltricas foram desenvolvidas em ritmo acelerado, devido principalmente aos trabalhos de Antonio Pacinotti, Znobe Gramme, que introduziu o enrolamento em anel, e de Werner Siemens, que inventou o enrolamento em tambor at hoje empregado. Somente cerca de 50 anos depois das experincias de Faraday e Henry foram obtidos geradores comercialmente aproveitveis. Devem-se tais conquistas s contribuies de Thomas Edison, Edward Weston, Nikola Tesla, John Hopkinson e Charles Francis Brush. No fim do sculo XIX, a inveno da lmpada eltrica e a instalao de um sistema prtico de produo e distribuio de corrente eltrica contriburam para a rpida evoluo dos geradores e motores eltricos. A partir de pequenos geradores, simples aparelhos de pesquisa em laboratrio, foram construdos alternadores e dnamos de pequena potncia e, finalmente, gigantescos geradores. Princpio de funcionamento O gerador eltrico mais simples formado por uma espira plana com liberdade suficiente para se mover sob a ao de um campo magntico uniforme. Essa espira gira em torno de um eixo perpendicular direo das linhas de fora do campo magntico aplicado. A variao do valor do fluxo que atravessa a espira mvel induz nela uma fora eletromotriz. Assim, a fora eletromotriz resulta do movimento relativo que h entre a espira e o campo magntico. A corrente produzida desse modo alternada. Para se obter corrente contnua, preciso dotar o gerador de um dispositivo que faa a retificao da corrente, denominado coletor dos dnamos. Pela descrio do princpio de funcionamento dos geradores, v-se que possuem dois circuitos distintos: o do induzido e o do indutor. No caso do gerador elementar descrito, o induzido seria a bobina mvel e o indutor o campo magntico. Tipos de geradores Os geradores podem ser divididos numa enorme quantidade de tipos, de acordo com o aspecto que se leve em conta. Alm dos dois grupos mais gerais - geradores de corrente contnua e de corrente alternada -, os dnamos podem ser, quanto ao nmero de plos, dipolares e multipolares; quanto ao enrolamento do induzido, podem ser em anel e em tambor; quanto ao tipo de excitao, auto-excitados e de excitao independente.

O enrolamento em anel adotado por Gramme est praticamente em desuso. O enrolamento induzido consiste

num cilindro oco em torno do qual se enrola continuamente o fio isolado que constitui a bobina. O enrolamento em tambor, inventado por Siemens, consiste num cilindro em cuja superfcie externa esto dispostas as bobinas do induzido. Essas bobinas so colocadas em ranhuras existentes na superfcie do tambor, sendo suas duas pontas soldadas s teclas do coletor. Conforme a maneira como feita essa ligao, os enrolamentos so classificados em imbricados e ondulados e podem ser regressivos ou progressivos. A corrente para a excitao do campo magntico pode ser fornecida pelo prprio gerador. Nesse caso, diz-se que o gerador auto-excitado. Quando a corrente para a excitao fornecida por uma fonte exterior, o gerador de excitao independente. De acordo com a forma de ligao entre as bobinas do indutor e do induzido nos geradores auto-excitados, diz-se que estes tm excitao dos tipos:

srie: quando as bobinas excitadoras so constitudas por poucas espiras de fio e ligadas em srie com o induzido; shunt ou paralelo: quando o indutor e o induzido so ligados em derivao; compound: quando existem bobinas excitadoras ligadas em srie e em paralelo com o induzido. Este o tipo de excitao mais comumente usado nos dnamos.

Analogamente aos dnamos, os alternadores podem ter enrolamento imbricado ou ondulado. Podem ainda ter enrolamento em espiral e em cadeia. Naquele, as bobinas de um mesmo grupo so ligadas de tal maneira que o bobinamento final tem forma de espiral. Quanto ao nmero de fases, os alternadores podem ser monofsicos, difsicos e trifsicos. Os geradores monofsicos so atualmente muito raros, j que a corrente monofsica pode ser obtida a partir de geradores trifsicos. Ainda se podem citar alguns tipos especiais de dnamos de uso relativamente reduzido: o unipolar ou homopolar, o gerador de trs escovas e o de plo diversor. Em linhas gerais, a construo de dnamos semelhante dos alternadores. A principal diferena est no coletor segmentado para retificao da corrente gerada no induzido. Esse dispositivo inexistente nos alternadores, j que, nesse caso, no h necessidade de se ter uma retificao da corrente gerada. A outra diferena marcante est no campo indutor. O dnamo emprega o sistema de campo estacionrio, enquanto o alternador quase sempre de campo giratrio. Isso torna possvel a obteno de maior potncia eltrica, reduz a necessidade de manuteno para assegurar o bom contato entre escovas e anis coletores e requer meios mais simples para fazer a ligao com o circuito externo. O dnamo formado das seguintes partes principais: carcaa, ncleo e peas polares, ncleo do induzido ou armadura, induzido, coletor, escovas, portaescovas, eixo e mancais. A carcaa o suporte mecnico da mquina e serve tambm como cobertura externa. normalmente construda de ao ou ferro

fundido. Os plos so feitos de ao-silcio laminado, para reduzir ao mximo as perdas por corrente de Foucault, e as bobinas de campo so de fios de cobre. A armadura, pea que aloja as bobinas do induzido, de ao laminado e possui condutores internos por onde se faz o resfriamento da mquina. O coletor consiste numa srie de segmentos de cobre ou bronze fosforoso, isolados entre si por finssimas lminas de mica, que tm a forma externa perfeitamente cilndrica. Ao coletor so soldados os terminais das bobinas do induzido. As escovas, rgos que coletam a corrente retificada no coletor, so de carvo e grafita ou metal e grafita. O porta-escovas a armao metlica que mantm ajustadas as escovas de encontro ao coletor. Os mancais mais usados so os do tipo de luva, lubrificados por leo, ou ento do tipo de esferas ou rolamentos lubrificados a graxa. No alternador, no existe o coletor. Quando o induzido giratrio, as escovas fazem contato com anis coletores, a partir das quais a corrente alternada gerada transferida para o circuito externo. Quando, ao contrrio, o induzido estacionrio (caso mais frequente), o papel dos anis coletores e escovas conduzir a corrente contnua necessria para a excitao do campo girante. Nos alternadores de grande porte comum a instalao, no mesmo eixo do rotor das mquinas, de um gerador de corrente contnua de menores propores (denominado excitatriz) para o fornecimento dessa corrente. COPEL: http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2 Feducacao%2Fpagcopel2.nsf%2Fverdocatual%2F40A0E2ABD99123CF032 5740C00496689

Geradores de Energia Eltrica (Conceitos bsicos) Prof. Luiz Ferraz Netto leobarretos@uol.com.br Geradores Mecnicos de Energia Eltrica Todo dispositivo cuja finalidade produzir energia eltrica custa de energia mecnica constitui uma mquina geradora de energia eltrica (diz-se tambm, impropriamente, mquina geradora de eletricidade --- eletricidade no uma grandeza fsica, um ramo da Fsica). O funcionamento dessas mquinas se baseia ou em fenmenos eletrostticos (como no caso do gerador Van de Graaff), ou na induo eletromagntica (como no caso do disco de Faraday). Nas aplicaes industriais a energia eltrica provm quase exclusivamente de geradores mecnicos cujo princpio o fenmeno da induo eletromagntica (e dos quais o disco de Faraday um simples precursor); os geradores mecnicos de corrente alternante so tambm

denominados alternadores; os geradores mecnicos de corrente contnua so tambm denominados dnamos. Vale