Funcionamento dos Geradores Elétricos

O funcionamento dos geradores elétricos é baseado no fenômeno da indução eletromagnética: quando um condutor se move em relação ao campo magnético, ele induz tensão em o condutor. Particularmente, se uma bobina está girando em um campo magnético, isso significa que as duas faces da turbina estão se movendo em direções opostas e as tensões induzidas em cada lado são adicionadas. Numericamente, o valor instantâneo da tensão final (chamada força eletromotriz –fem–) é igual ao restante da taxa de variação do fluxo magnético Φ vezes o número de voltas da bobina: V=−N•∆Φ/Δt . Esta relação foi encontrada experimentalmente e refere-se à Lei de Faraday. O símbolo “menos” é para a lei de Lenz, que indica que a direção da fem é tal que o campo magnético da corrente induzida se opõe à mudança no fluxo que produz essa fem. A lei de Lenz está relacionada à conservação de energia.

Como funciona um gerador elétrico?

Como a frequência do fluxo magnético muda através da bobina rotativa em uma frequência constante que varia senoidalmente com a rotação, a tensão gerada nos terminais da bobina também é senoidal (CA). Se um circuito externo for conectado aos terminais da bobina, essa tensão criará corrente por esse circuito, que será a energia que será transferida para a carga. Portanto, a energia mecânica que gira a bobina é convertida em energia elétrica

A corrente da carga, por sua vez, cria um campo magnético que se opõe à mudança de fluxo na bobina, portanto a bobina se opõe ao movimento. Quanto maior a corrente, maior a força que deve ser aplicada à armadura para evitar que ela desacelere. Na imagem, uma manivela manual gira a bobina. Na prática, a energia mecânica é produzida por turbinas ou motores que são chamados de fontes de energia. Em um pequeno gerador elétrico CA, uma fonte de energia é tipicamente um motor rotativo de combustão interna.

Entre os dispositivos disponíveis comercialmente, um alternador é integrado a um motor em um único dispositivo. O dispositivo resultante é chamado de gerador elétrico. Um gerador elétrico é a fonte de energia reserva mais comum em uma emergência e provavelmente a mais econômica para uso doméstico.

Os geradores elétricos mais baratos são vendidos por cerca de € 70 por kilowatt. A produção de tensão depende apenas do movimento relativo entre a bobina e o campo magnético. A fem é induzida pela mesma lei da física se o campo magnético passa por uma bobina fixa ou a bobina passa por um campo magnético fixo. Os geradores elétricos CA atuais normalmente não possuem escovas. Eles têm um campo rotativo e uma armadura fixa que produz energia.

Esta armadura inclui um grupo de bobinas que formam um cilindro. Além disso, na prática, o campo magnético é geralmente induzido por um eletroímã em vez de um ímã permanente. O eletroímã é composto pelas chamadas bobinas de campo fixadas no topo de um núcleo de ferro. O fluxo de corrente das bobinas de campo produz o campo magnético.

Esta corrente pode ser obtida da fonte externa ou da própria armadura do sistema. A regulação é obtida detectando a tensão de saída, convertendo-a em CC (corrente contínua) e comparando seu nível com uma tensão de referência. Um erro é usado para controlar o campo a fim de manter uma saída constante. Fontes AC modernas com bobinas de campo são auto-excitadas: a corrente através as bobinas de campo são acionadas por um enrolamento excitador adicional da armadura

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