Gera
Geraçção de CAão de CA
A For
A Forçça Eletromotriz, Efem, induzida numa Bobina a Eletromotriz, Efem, induzida numa Bobina éé proporcional ao proporcional ao n
núúmero de espiras, N, da Bobina, e mero de espiras, N, da Bobina, e àà Taxa Temporal de VariaTaxa Temporal de Variação, ção, d
dΦΦ / dt, do nú/ dt, do número de Linhas de Fluxo Magnmero de Linhas de Fluxo Magnéético, tico, ΦΦ, que , que atravessam a superf
atravessam a superfíície (A) limitada pela Bobina.cie (A) limitada pela Bobina. Um Efeito Induzido
Um Efeito Induzido éé sempre de tal forma a Opor-sempre de tal forma a Opor-se se àà causa que o causa que o produz.
produz.
No Gerador, a Bobina est
No Gerador, a Bobina estáá sob a influência de Campo Magnésob a influência de Campo Magnético tico Estacion
Estacionáário. A Densidade do Fluxo Magnrio. A Densidade do Fluxo Magnéético, B, tico, B, éé constante e Φconstante e Φ = = B x Aef, assim
B x Aef, assim ΦΦ éé proporcional àproporcional à Área Efectiva, Aef, da Espira. Área Efectiva, Aef, da Espira. ÀÀ medida que a Espira gira em ângulos diferentes, h
medida que a Espira gira em ângulos diferentes, háá uma alteraçuma alteração ão da
Gera
Gera
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A Taxa Temporal de Varia
A Taxa Temporal de Variaçção do ão do ΦΦ, d, dΦΦ / dt, / dt, éé a maior nos a maior nos pontos zero da Forma de Onda e
pontos zero da Forma de Onda e éé menor nos picos da Forma menor nos picos da Forma de Onda. Assim, a For
de Onda. Assim, a Forçça Electromotriz Eemfem Induzida a Electromotriz Eemfem Induzida éé m
mááxima nos pontos zero e xima nos pontos zero e éé mmíínima nos picos, Figura 3. A nima nos picos, Figura 3. A sa
saíída da Forda da Forçça Electromotriz Eemfa Electromotriz Eemf Induzida na saInduzida na saíída do da do Gerador
Gerador éé uma Tensão de Corrente Alternada, CA uma Tensão de Corrente Alternada, CA (AC), e a sua (AC), e a sua Forma de Onda
Forma de Onda éé mostraapresentada na Figura 4:mostraapresentada na Figura 4:
Figura 3: Diferentes Taxas Temporais do Fluxo Magn
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Figura 4: Posi
Figura 4: Posiçção do Plano da Bobina de Fio, relativamente ão do Plano da Bobina de Fio, relativamente àà DirecDirecçção do Campo ão do Campo Magn
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Os geradores de corrente alternada são formados pelos quadros Os geradores de corrente alternada são formados pelos quadros plano sem movimento de rota
plano sem movimento de rotaçção uniforme num campo magnão uniforme num campo magnéético tico uniforme. J
uniforme. Jáá vimos que, sendovimos que, sendo a induça indução magnão magnéética do campo, tica do campo, S a
S a áárea do quadrorea do quadro,, a velocidade angular, a força velocidade angular, a força eletromotriz a eletromotriz induzida no quadro no instante t
induzida no quadro no instante t éé::
As grandezas
As grandezas ωω ,, ββ , S são constantes. Então o valor m, S são constantes. Então o valor mááximo da forximo da forçça a eletromotriz
eletromotriz éé aquele em que oaquele em que o sen sen ωωt t éé mmááximo, isto ximo, isto éé,, sen sen ωωt=1 t=1 ::
O valor da for
O valor da forçça eletromotriz num instante t pode ser escrito do seguinte a eletromotriz num instante t pode ser escrito do seguinte modo:
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Caso de n espiras: Caso de n espiras:
Os geradores não são formados de um s
Os geradores não são formados de um sóó quadro, mas de muitos, quadro, mas de muitos, ligados em s
ligados em séérie, como indica a Figura abaixo. Neste caso, cada rie, como indica a Figura abaixo. Neste caso, cada quadro
quadro éé chamado umachamado uma espiraespira. Sendo. Sendo nn o núo número de quadros mero de quadros ligados em s
ligados em séérie, a f.e.m. induzida no instanterie, a f.e.m. induzida no instante tt vale: vale:
e a f.e.m. m
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Exerc
Exercíício:cio:
Um alternador
Um alternador éé constituíconstituído por 50 quadros ligados do por 50 quadros ligados em s
em séérie, cada um de 150 cm2, que giram com rie, cada um de 150 cm2, que giram com movimento de rota
movimento de rotação uniforme executando 1.500 ção uniforme executando 1.500 rota
rotaçções por minuto, em um campo magnões por minuto, em um campo magnéético tico uniforme de 10.000 gauss.
uniforme de 10.000 gauss. Pede
Pede--se:se:
a) a f.e.m. induzida m
a) a f.e.m. induzida mááxima;xima; b) a lei de varia
b) a lei de variação da f.e.m. em função da f.e.m. em função do tempo;ção do tempo; c) um gr
c) um gráfico, em escala, da f.e.m. em funáfico, em escala, da f.e.m. em funçção do ão do tempo, para um per
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N=50|β|=10.000 gauss (1Weber=104 gauss)
Área S=150cm2 (=150.10-4 m2 = 15.10-3 m2 )
Frequência: S=1.500 rotações = 25 rotações minuto segundo A velocidade angular do quadro é: ω=2Πf ω = 2 . 3,14 . 25 = 157 radianos
segundo a)F.E.M. máxima:
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O enrolamento de campo
O enrolamento de campo éé excitado por corrente contexcitado por corrente contíínua, levada nua, levada at
atéé ele por meio de escovas de carvão, apoiadas sobre anele por meio de escovas de carvão, apoiadas sobre anééis is coletores. O enrolamento de armadura, consistindo de uma s
coletores. O enrolamento de armadura, consistindo de uma sóó bobina de N espiras,
bobina de N espiras, éé indicado em seindicado em seçção transversal pelos dois ão transversal pelos dois lados da bobina a e
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O rotor gira a velocidade constante, acionado por uma fonte de
O rotor gira a velocidade constante, acionado por uma fonte de
potência mecância acoplaa ao seu eixo.
potência mecância acoplaa ao seu eixo.
Conforme o rotor gira, a forma de onda de fluxo passa pelos lado
Conforme o rotor gira, a forma de onda de fluxo passa pelos lados s da bobina a e
da bobina a e ––a. A tensão resultante na bobina (ver fig.).a. A tensão resultante na bobina (ver fig.). A frequênica em ciclos por segundo (hertz)
A frequênica em ciclos por segundo (hertz) éé igual a velocidade do igual a velocidade do rotor em rota
rotor em rotaçções por segundo, isto ões por segundo, isto éé, a frequência el, a frequência eléétrica esta trica esta sincronizada com a velocidade mecânica, e esta
sincronizada com a velocidade mecânica, e esta éé a razão para a a razão para a designa
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Muitas m
Muitas mááquinas quinas ´´sincronas têm mais de 2 polos. Como um sincronas têm mais de 2 polos. Como um exemplo espec
exemplo especíífico, a figura abaixo mostra um alternador elementar fico, a figura abaixo mostra um alternador elementar de 4 polos, monof
de 4 polos, monofáásico. As bobinas de campo são ligadas de modo sico. As bobinas de campo são ligadas de modo que os polos são de polaridade alternadamente norete e sul. H
que os polos são de polaridade alternadamente norete e sul. Háá dois comprimentos de onda completos, ou ciclos, na distribui
dois comprimentos de onda completos, ou ciclos, na distribuiçção de ão de fluxo ao longo da periferia, conforme mostra o gr
fluxo ao longo da periferia, conforme mostra o grááfico abaixo.fico abaixo. O enrolamento da armadura agora consiste de 2 bobinas a1,
O enrolamento da armadura agora consiste de 2 bobinas a1, --a1 e a1 e a2
a2 ––a2 ligadas em sa2 ligadas em séérie. A tensão gerada agora passa por dois rie. A tensão gerada agora passa por dois ciclos completos por revolu
ciclos completos por revoluçção do rotor. A frequência f em hertz ão do rotor. A frequência f em hertz éé, , então, duas vezes a velocidade de rota
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Com poucas exce
Com poucas exceçções, os gradores sões, os gradores sííncronos são mncronos são mááquinasquinas trif
trifáásicas, devido sicas, devido ààs vantagens dos sistemas trifs vantagens dos sistemas trifáásicos para asicos para a gera
geraçção, a transmissão E a utilizaão, a transmissão E a utilizaçção de grandes potências. ão de grandes potências. Para a produ
Para a produçção de um conjunto de Três tensões defasadasão de um conjunto de Três tensões defasadas de 120 graus el
de 120 graus eléétricos no tempo, tricos no tempo, éé necessnecessáário no Mrio no Míínimo denimo de 3 bobinas deslocads de 120 graus el
3 bobinas deslocads de 120 graus eléétricos no espatricos no espaçço.o. Uma m
Uma mááquina elementar trifquina elementar trifáásica, 2 polos, com uma bobina sica, 2 polos, com uma bobina por fase
por fase éé Mostrada na figura seguinte. As 3 fases são Mostrada na figura seguinte. As 3 fases são designadas por a,b e c. Em uma m
designadas por a,b e c. Em uma mááquina elementar dequina elementar de 4 polos, Um m
4 polos, Um míínimo de 2 destes conjuntos precisa ser usado.nimo de 2 destes conjuntos precisa ser usado. (ver fig.seguinte).
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Em uma m
Em uma mááquina elementar de P polos, quina elementar de P polos, são necess
são necessáários P/2 conjuntos.rios P/2 conjuntos. Quando um gerador s
Quando um gerador sííncrono supre ncrono supre potência el
potência eléétrica a uma carga, atrica a uma carga, a
Corrente Na armadura cria uma onda
Corrente Na armadura cria uma onda
de fluxo no entreferro, que gira a
de fluxo no entreferro, que gira a
velocidade S
velocidade Sííncrona. Este fluxo reagencrona. Este fluxo reage com o fluxo criado pela corrente de
com o fluxo criado pela corrente de
campo e resulta Da
campo e resulta Daíí um conjugado um conjugado eletromagn
eletromagnéético, devido tico, devido àà tendênciatendência dos dois campos Magn
dos dois campos Magnééticos se ticos se alinharem. Em um gerador, este
alinharem. Em um gerador, este
conjugado se opõe a rota
conjugado se opõe a rotaçção,ão, E a m
E a mááquina motriz deve aplicar quina motriz deve aplicar
conjugado mecânico a fim de sustentar
conjugado mecânico a fim de sustentar
a Rota
a Rotaçção. O conjugado eletromagnão. O conjugado eletromagnéético tico éé o mecanismo atrav
o mecanismo atravéés do qual s do qual Maior potência el
Maior potência eléétrica de satrica de saíída exige da exige maior potência mecânica de entrada.
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Geraçção de CAão de CA
De acordo com as leis da indu
De acordo com as leis da induçção, em um condutor ão, em um condutor éé gerada uma tensão gerada uma tensão independente se o condutor
independente se o condutor éé movido por um campo magnmovido por um campo magnéético constante tico constante localizado, ou inversamente, o campo magn
localizado, ou inversamente, o campo magnéético girando e o condutor parado.tico girando e o condutor parado. Por isso os geradores são constru
Por isso os geradores são construíídos de tal forma que os enrolamentos .em que a dos de tal forma que os enrolamentos .em que a tensão
tensão éé gerada se localizem na armadura fixa (estator). Este encerra nagerada se localizem na armadura fixa (estator). Este encerra na carcacarcaçça a a a pilha de chapas com o enrolamento de corrente alternada e tem ce
pilha de chapas com o enrolamento de corrente alternada e tem certa semelhanrta semelhançça a com o estator de um motor ass
com o estator de um motor assííncrono.ncrono. Os p
Os póólos magnlos magnééticos são localizados no rotor (geradores de pticos são localizados no rotor (geradores de póólos internos), los internos), possuem a forma de uma roda polar (p
possuem a forma de uma roda polar (póólos norte e sul alternantes) e são los norte e sul alternantes) e são denominados rotor.