O que é um gerador de corrente contínua?
Princípio de funcionamento
Um gerador de corrente contínua converte a potência mecânica de um motor primário, como um motor a combustão ou uma turbina, em potência elétrica contínua. Os condutores da armadura cortam o fluxo dos polos de campo e induzem uma FEM E = k·Φ·ω, de modo que a tensão é proporcional ao fluxo e à velocidade. O comutador e as escovas invertem a ligação de cada bobina ao passar pelo eixo neutro, e assim a FEM alternada das bobinas vira uma tensão unidirecional nos terminais.
Excitação e autoexcitação
O campo pode ser alimentado por uma fonte independente ou a própria máquina pode alimentar o seu campo. Um gerador em derivação parte do pequeno fluxo residual dos polos: induz alguns volts, eles impulsionam uma corrente de campo, a corrente aumenta o fluxo e a tensão sobe até que a curva a vazio encontre a reta de resistência de campo V = R_f·I_f. Isso só acontece se R_f for menor que a resistência crítica, a inclinação da curva a vazio, se a velocidade for maior que a crítica e se o campo reforçar o fluxo residual.
Característica de carga e regulação
Em carga, a tensão nos terminais é V = E − I_a·R_a − a queda nas escovas, e a reação da armadura enfraquece um pouco o fluxo. Por isso um gerador independente perde só alguns por cento. Um em derivação perde mais porque a tensão que cai enfraquece também o próprio campo, e depois de uma corrente máxima ela despenca para uma pequena corrente de curto-circuito. Um série sobe com a carga porque seu campo conduz a corrente de carga, e um composto combina os dois para manter a tensão quase plana.
Perdas e torque do motor primário
O motor primário precisa fornecer a potência elétrica de saída mais as perdas: cobre da armadura e do campo, perdas nas escovas, atrito, ventilação e ferro. O torque no eixo é essa potência dividida pela velocidade angular, um pouco maior que o torque eletromagnético. O rendimento costuma ficar entre 85 e 92 % em carga nominal. Alternadores com retificadores substituíram em grande parte os geradores de corrente contínua, mas os mesmos princípios continuam nas dínamos, nos tacogeradores e na frenagem regenerativa dos acionamentos CC.
Perguntas frequentes
- Por que um gerador em derivação não se escorva?
- Há quatro causas comuns: não há magnetismo residual, o campo está ligado ao contrário e sua corrente apaga o fluxo residual, a resistência de campo está acima do valor crítico ou a velocidade está abaixo da crítica. Teste cada uma no simulador: o aviso aponta a causa e o gráfico de escorvamento fica plano na tensão residual.
- O que é a resistência crítica de campo de um gerador CC?
- É a inclinação da curva a vazio na origem, em volts por ampère de corrente de campo. Uma reta de resistência de campo mais inclinada que isso não corta a curva, exceto perto de zero, e a tensão fica no valor residual. A inclinação é proporcional à velocidade, então uma velocidade menor reduz a resistência crítica e aumenta a velocidade crítica para um dado circuito de campo.
- Como a tensão muda com a carga nos diferentes geradores CC?
- Em um de excitação independente ela cai pouco, pela resistência da armadura e pela reação da armadura. Um em derivação cai mais e pode despencar numa sobrecarga forte. Um série parte perto do valor residual e sobe com a carga, e um composto é quase plano. Troque a ligação no simulador e compare as características de carga no gráfico.