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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS
Amanda Liermann
Ayhra Schwalbe
Juliana Hoffmann
GERADORES ELÉTRICOS
Joinville – Santa Catarina
2020
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	4
2	FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	4
2.1.	A LEI DE NEWTON DA ROTAÇÃO	4
2.2.	A SEGUNDA LEI DE NEWTON	5
2.3.	A LEI DE FARADAY	6
2.4.	TENSÃO INDUZIDA EM UM CONDUTOR QUE SE DESLOCA EM UM CAMPO MAGNÉTICO	6
2.5.	FORÇA INDUZIDA	6
2.6.	LEI DE KIRCHOFF	7
3	TIPOLOGIA: TIPOS CONSTRUTIVOS E OPERACIONAIS	8
3.1.	CLASSIFICAÇÃO GERADORES CC	8
3.2.	CLASSIFICAÇÃO GERADORES SÍNCRONOS	11
3.2.1	USO DOS GERADORES SÍNCRONOS	11
3.2.2	QUALIDADE DOS GERADORES SÍNCRONOS	13
3.2.3	APLICAÇÕES DOS GERADORES SÍNCRONOS	13
3.2.4	LIMITAÇÕES DOS GERADORES SÍNCRONOS	15
4	DIMENSIONAMENTO: ESTRUTURAS CONSTRUTIVAS E PORTE	15
4.1.	COMPONENTES DO GERADOR CC	15
4.2.	COMPONENTES DOS GERADORES SÍNCRONOS	17
5	REPRESENTAÇÃO CIRCUITAL, PROPRIEDADES ELÉTRICAS, RENDIMENTO E EFICIÊNCIA	18
5.1.	CIRCUITOS PARA GERADORES CC	18
5.2.	VELOCIDADE E TENSÃO NO GERADOR CC	21
5.3.	GERADORES SÍNCRONOS: REPRESENTAÇÃO CIRCUITAL, PROPRIEDADES ELÉTRICAS, RENDIMENTOS E EFICIENCIA	22
5.3.1	REPRESENTAÇÃO CIRCUITAL DE UM GERADOR SÍNCRONO	22
5.3.2	PROPRIEDADES ELÉTRICAS, RENDIMENTO E EFICIÊNCIA DE UM GERADOR SÍNCRONO	23
6	PROBLEMAS TÍPICOS DE DIMENSIONAMENTO, PROJETO, OPERAÇÃO, USOS, INSTALAÇÕES E REQUISITOS DE TRABALHO	25
6.1.	CONDIÇÕES DO LOCAL DE INSTALAÇÃO DE UM GERADOR A DIESEL	25
6.2.	REQUISITOS DE TRABALHO DE UM GERADOR SÍNCRONO	25
6.2.1	CARACTERÍSTICAS GERAIS	26
6.2.2	CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS	26
6.2.3	EQUIPAMENTOS, COMPONENTES E ACESSÓRIOS	26
6.2.4	PINTURA	26
7	REFERÊNCIAS	27
Resumo: Neste artigo, abordaremos pontos importantes sobre os Geradores Elétricos, tais quais: (a) a Fundamentação Teórica, (b) as Tipologias, (c) o Dimensionamento, (d) a Representação em Circuitos e (e) alguns Problemas que envolvem essas máquinas. O objetivo do trabalho consiste em viabilizar a compreensão do funcionamento dos geradores. Além disso, convém citar que analisamos três principais configurações de geradores: Síncronos, Assíncronos e de Corrente Contínua. 
INTRODUÇÃO
Os geradores são máquinas térmicas que convertem energia mecânica em energia elétrica. Eles são responsáveis pelo fornecimento de energia aos motores, tão presentes no cotidiano em aparelhos como refrigeradores, condicionadores de ar, processadores de alimentos e vários outros eletrodomésticos. Nas indústrias, os geradores produzem a força motriz para operação da maioria das máquinas.
As máquinas síncronas são as mais importantes fontes de geração de energia elétrica. Presentes na geração centralizada de energia, em máquinas de grande potência de centrais geradoras. Ou até, em geradores de médio porte, na modalidade de geração distribuída. 
	As máquinas assíncronas vêm sendo utilizadas para produções menores de energia visto que são mais simples e carregam robustez, confiabilidade e economia. Esse tipo de máquina utilizada como gerador esteve em uso desde o início do século XX. Apesar de que nas décadas de 1960 e 1970, o uso em grande escala despencou, o gerador assíncrono ressurgiu com a crise do petróleo em 1973. Eles geralmente são empregados em centrais elétricas como hidrelétricas ou em aerogeradores para produção de energia elétrica a partir da energia eólica.
Durante muito tempo, a máquina de corrente contínua representou a solução mais natural para situações em que se necessitava variação de velocidade durante o funcionamento da máquina. Tal variação se obtém de maneira simples, através de alterações na tensão de alimentação contínua ou na intensidade do campo magnético. Isto resultou em sua ampla utilização no passado. Ademais, em situações em que apenas fontes de alimentação contínua estavam disponíveis, era mais viável utilizar uma máquina de corrente contínua do que converter a tensão contínua para alternada. Hoje, podem ser encontradas em algumas hidrelétricas e na geração de energia elétrica.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
1 
2 
A LEI DE NEWTON DA ROTAÇÃO
Estudaremos os princípios de funcionamento dessas máquinas e as Leis físicas que as sustentam. Começaremos falando sobre a Lei de Newton da Rotação. Conforme Chapman (2013), as máquinas elétricas, normalmente, giram em torno de um eixo fixo, o que confere à máquina algumas características, tais quais: o conjugado líquido, a aceleração angular e o momento de inércia do objeto. 
Com essas grandezas, podemos traçar um paralelo em relação à segunda Lei de Newton, que descreve a relação entre a força aplicada ao objeto e sua aceleração resultante. Essa lei paralela denomina-se Lei da rotação de Newton, que, por sua vez, descreve a relação entre o conjugado aplicado a um objeto e sua aceleração resultante. Ou seja, quando um objeto está em movimento retilíneo, a equação que se utiliza é:
Mas, para geradores, máquinas elétricas que envolvem rotação, utiliza-se:
Em que: 
 é o conjugado líquido, em newtons-metros, que depende do valor da força aplicada e da distância entre o eixo de rotação e a reta de ação da força;
 é a aceleração angular resultante, em radianos por segundo ao quadrado;
J é o momento de inércia do objeto, em quilogramas-metros ao quadrado. Essa grandeza desempenha o mesmo papel que a massa de um objeto no movimento retilíneo.
A SEGUNDA LEI DE NEWTON
De acordo com Chapman (2013), utiliza-se a segunda Lei de Newton para a barra assentada sobre os trilhos, mecanismo típico da Máquina CC simples, base para o nosso estudo de geradores. Já explicamos um pouco sobre essa lei anteriormente. Eis o seu enunciado: 
Em que: 
Fliq corresponde à força resultante;
m corresponde à massa;
a corresponde à aceleração
A LEI DE FARADAY
Os geradores utilizados na indústria têm por base o princípio presente na Lei de Faraday: o da indução eletromagnética. 
Conforme Halliday e Resnick (2009), eis o enunciado da Lei de Faraday: se houver um fluxo passando através de uma espira de fio condutor, então uma tensão será induzida. Essa tensão será diretamente proporcional à taxa de variação do fluxo em relação ao tempo. 
Ou seja, a variação de fluxo magnético sobre N espiras conduzirá a uma diferença de potencial elétrico e, portanto, a uma corrente elétrica. Isto é:
Em que:
é a tensão induzida;
 é o fluxo magnético. 
O sinal negativo provém da lei de Lenz: se a intensidade do fluxo estiver aumentando, então a tensão induzida na bobina tenderá a produzir um fluxo que se opõe a esse incremento. 
TENSÃO INDUZIDA EM UM CONDUTOR QUE SE DESLOCA EM UM CAMPO MAGNÉTICO
Essa tensão induzida, cuja ocorrência se deve à Lei de Faraday, é fundamental para o funcionamento dos geradores. Por isso, denomina-se “Ação de gerador”, segundo Chapman (2013). Pode ser calculada da seguinte forma:
Em que: 
v é a velocidade do condutor;
B é o vetor densidade de fluxo magnético;
l é o comprimento do condutor dentro do campo magnético.
FORÇA INDUZIDA
Chapman (2013) afirma que outra equação fundamental para entendermos o funcionamento consiste na força induzida em um condutor na presença de um campo magnético. Ela é calculada assim: 
Em que: 
F é a força no fio condutor;
i é o valor corrente no condutor;
l é o comprimento do fio, com o sentido definido de acordo com o fluxo da corrente;
B é o vetor densidade de fluxo magnético.
LEI DE KIRCHOFF
A segunda Lei de Kirchoff é, também, denominada Lei das Malhas. Ela indica que quando percorremos uma malha em um determinado sentido, a soma algébrica das diferenças de potencial é igual a zero. No circuito da Figura 1, aplica-se a Lei de Kirchoff da seguinte forma:
Figura 1 – Máquina Linear CC 
Fonte: Chapman, 2013
2.7 LEIS FÍSICAS ATUANTES DE UM GERADOR SÍNCRONO
O gerador síncrono é composto por uma parte fixa, chamada estator, e outra, livre para girar, o rotor. Para que a conversão de energia mecânica em elétrica aconteça, é preciso que um campo magnético seja produzido no rotor. Esse campo magnético é proveniente de um ímã permanente ou um eletroímã, produzido através de uma corrente contínua aplicadaa um enrolamento do motor.
O campo magnético girante induz um conjunto de tensões trifásicas nos enrolamentos de estator do gerador, nesse momento o rotor está acionado em velocidade plena. O termo síncrono indica que, em funcionamento, a velocidade do rotor se iguala a velocidade do campo magnético girante no circuito magnético da máquina, ou seja, entra em sincronismo e permanece assim em operação de regime permanente do dispositivo.
Devido a esse movimento relativo entre o campo magnético dos polos do rotor, a intensidade do campo magnético que atravessa os enrolamentos do estator irá variar no tempo, e assim teremos, pela lei de Faraday, uma indução de tensões aos terminais dos enrolamentos do estator.
TIPOLOGIA: TIPOS CONSTRUTIVOS E OPERACIONAIS
3 
CLASSIFICAÇÃO GERADORES CC
Conforme Marques, Sambaqui e Duarte (2013), classificam-se os Geradores CC da seguinte forma: (I) Gerador com excitação de campo independente; (II) Gerador com excitação de campo paralelo; (III) Gerador com excitação de campo série e (IV) Gerador com excitação de campo composta. 
No gerador com excitação independente, uma fonte contínua independente alimenta o enrolamento de campo. Tal fonte pode ser outro gerador de corrente contínua, uma fonte retificada, ou, ainda, uma bateria. Essa configuração de gerador está ilustrada na Figura 5: 
Figura 2 - Gerador CC com Excitação Independente
Fonte: Marques et al, 2013
Por sua vez, no gerador com excitação de campo paralelo, o enrolamento de campo conecta-se em paralelo com o enrolamento da armadura, que lhe fornece a alimentação necessária. Ou seja, o enrolamento da armadura fornece tensão para alimentar o enrolamento de campo. Tal tensão provém da capacidade do material ferromagnético de reter uma certa densidade de fluxo residual, responsável por produzir uma pequena tensão nos terminais de saída do gerador. Essa tensão irá realimentar o enrolamento de campo, aumentando o fluxo por polo necessário para que se alcance uma tensão de saída nominal nos terminais de saída do gerador. Trata-se do Escorvamento do gerador de corrente contínua. Para melhor compreensão, vide a Figura 3:
Figura 3 - Gerador CC com Excitação de Campo Paralelo
Fonte: Marques et al, 2013
Vamos abordar, agora, o gerador com excitação de campo série. Este necessita de uma carga conectada entre seus terminais de saída, para que haja corrente no enrolamento de campo. Uma vez que a corrente de armadura é responsável pela excitação do enrolamento de campo, torna-se fundamental que os terminais de saída estejam conectados à carga. A excitação inicial origina-se a partir do magnetismo residual, pois o material ferromagnético retém uma certa densidade de fluxo residual, conforme já mencionado. Observemos a Figura 4:
Figura 4 - Gerador CC com Excitação de Campo Série
Fonte: Marques et al, 2013
Por fim, discutiremos a configuração do gerador com excitação de campo composta. Conforme observamos na Figura 8, a conexão do enrolamento de campo possibilita contornar situações devido à queda de tensão na resistência da armadura. Além disso, a bobina adicional, em série, provê força magneto motriz para aumentar ou reduzir o fluxo do polo, segundo a necessidade. 
Figura 5 - Gerador CC com Excitação de Campo Composta
Fonte: Marques et al, 2013
CLASSIFICAÇÃO GERADORES SÍNCRONOS
1. 
2. 
3. 
3.1 
3.2 
USO DOS GERADORES SÍNCRONOS
As máquinas síncronas são as mais importantes fontes de geração de energia elétrica. Presentes na geração centralizada de energia, em máquinas de grande potência de centrais geradoras. Ou até, em geradores de médio porte, na modalidade de geração distribuída. 
Figura 6 - Gerador Síncrono
 
Fonte: Loja do Mecânico[footnoteRef:1] . [1: Disponível em: <https://www.lojadomecanico.com.br/produto/127267/33/326/gerador-sincrono-arm-15kva-60hz-monofasico-110220v-bambozzi-d57250007>. Acesso em: 25 jul. 2020.] 
Atuando no modo gerador, as máquinas síncronas funcionam como um alternador síncrono trifásico. Então, a máquina passa a receber energia mecânica de uma fonte de força motriz, por exemplo uma turbina a vapor. 
Figura 7 - Turbina a vapor
Fonte: Eletrical Library.com[footnoteRef:2]. [2: Disponível em: < https://www.electricalelibrary.com/2018/04/26/como-funcionam-as-turbinas-a-vapor/>. Acesso em: 25 jul. 2020.] 
Seu uso está presente em centrais hidroelétricas e termoelétricas. Em hidrelétricas, as máquinas são de eixo vertical, possuindo rotor de polos salientes e de grande diâmetro, havendo um grande número de polos.
Figura 8 - Gerador síncrono de uma usina hidrelétrica
Fonte: InfoEscola[footnoteRef:3]. [3: Disponível em: <https://www.infoescola.com/energia/usina-hidreletrica/>. Acesso em: 25 jul. 2020.] 
Já em usinas termoelétricas, as máquinas possuem eixo horizontal, rotor cilíndrico e de pouco diâmetro. Além de possuírem apenas dois ou quatro polos.
Figura 9 - Usina termelétrica
Fonte: EngQuímicaSantoSSP[footnoteRef:4]. [4: Disponível em: <https://www.engquimicasantossp.com.br/2015/06/usinas-termoeletricas-energia-combustao.html>. Acesso em: 25 jul. 2020.
] 
QUALIDADE DOS GERADORES SÍNCRONOS
O gerador síncrono é mais eficiente que o gerador assíncrono em grande escala. Os primeiros, possuem um melhor fator de potência. Os geradores assíncronos necessitam de indução precisam de banco de capacitores para fornecer corrente de magnetização, que em grande escala, aumenta significativamente o custo.
Além desse aspecto, esse tipo de gerador possui maior estabilidade de frequência e tensão devido ao sincronismo da velocidade do rotor e do campo girante.
APLICAÇÕES DOS GERADORES SÍNCRONOS
As máquinas síncronas de polos salientes possuem, em geral, um grande número de polos, entre 48 e 96 polos. Isso ocasiona baixa rotação, que varia entre 150 e 75 rpm. Esse tipo de configuração é aplicado em turbinas hidráulicas (hidrogeradores) em potências elevadas, até 800MW.
Figura 10 - Hidrogerador
Fonte: Weg[footnoteRef:5]. [5: Disponível em: <https://www.weg.net/catalog/weg/BR/pt/Gera%C3%A7%C3%A3o%2C-Transmiss%C3%A3o-e-Distribui%C3%A7%C3%A3o/Geradores/Hidrogeradores/Hidrogeradores---Linha-S/p/MKT_WEN_HYDRO_SLINE>. Acesso em: 25 jul. 2020.] 
O uso também é comum como geradores de potência pequena e média, entre 100kW e 5MV, acionados a partir de motores de diesel ou turbinas a vapor. Nesse caso, o número de polos é reduzido para 4, 6 ou 8 e as rotações possuem valores como: 1800rpm, 1200rpm ou 900rpm.
Figura 11 - Motor a diesel
Fonte: Daniel Prado de Campos[footnoteRef:6]. [6: Disponível em: <http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/7143/1/PB_COELT_2014_2_05.pdf>. Acesso em: 25 jul. 2020.] 
Figura 12 - Gerador de turbina a vapor
Fonte: Made-in-China[footnoteRef:7]. [7: Disponível em: < https://pt.made-in-china.com/category23_Industrial-Equipment-Components/Steam-Turbine-Generator_1.html>. Acesso em: 25 jul. 2020.] 
LIMITAÇÕES DOS GERADORES SÍNCRONOS
Precisa de uma fonte de corrente contínua para alimentar o rotor. A não ser que o rotor seja de ímã permanente, neste caso, é usado apenas para aplicações de baixa potência. Porque há carência de materiais para a construção de ímãs fortes para o rotor. E também, alternadores com o rotor bobinado exigem maior manutenção, devido ao desgaste dos anéis condutores e escovas.
DIMENSIONAMENTO: ESTRUTURAS CONSTRUTIVAS E PORTE
4 
COMPONENTES DO GERADOR CC
Simplificadamente, o Gerador CC possui duas partes principais: o estator e o rotor, conforme já mencionamos. O estator e o rotor estão separados pelo entreferro. Ambos são construídos a partir de materiais ferromagnéticos, que serve para aumentar a densidade de fluxo e, consequentemente, reduzir o tamanho da máquina, segundo Villar (2006).
Vamos descrever mais detalhadamente, a seguir, os principais componentes do Gerador CC, conforme esquematiza a Figura 13:
Figura 13 - Componentes do gerador CC
Fonte: Villar (2006)
Em um gerador, a armadura, também denominada rotor, gira por efeito de uma força mecânica externa. A tensão gerada na armadura se conecta, então, a um circuito externo,e lhe fornece carga, conforme descreve Villar (2006).
O núcleo da armadura é construído de camadas laminadas de aço, o que resulta em uma faixa de baixa relutância magnética entre os polos. As lâminas reduzem as correntes parasitas no núcleo. O núcleo contém ranhuras axiais na periferia para disposição do enrolamento da armadura, constituído de bobinas isoladas entre si e do núcleo da armadura e eletricamente ligadas ao comutador.
O comutador, por sua vez, converte a corrente alternada (induzida), que passa pela armadura, em corrente contínua, liberada a partir dos seus terminais. Esse componente constitui-se de um par de segmentos de cobre para cada enrolamento da armadura. Esses segmentos são montados em torno do eixo da armadura, são isolados eletricamente deste. No estator do gerador, existem duas escovas fixas, que possibilitam o contato com os segmentos opostos do comutador. 
Já as escovas são conectores fixos, montados sobre molas que possibilitam o deslizamento sobre o comutador no eixo da armadura. Logo, sua função é o contato entre os enrolamentos da armadura e a carga externa. Elas sempre estão conectadas a um segmento do comutador e a uma bobina localizada na zona interpolar.
Outro componente, de acordo com Villar (2006) é o enrolamento de campo, que consiste em um eletroímã, responsável pelo fluxo que permeia a armadura. Em um gerador, a fonte de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de excitador, ou proveniente da própria armadura. Constitui-se a partir de poucas espiras de fio grosso para o campo-série ou muitas espiras de fio fino para o campo-shunt.
COMPONENTES DOS GERADORES SÍNCRONOS
Em síntese, os constituintes de um gerador síncrono trifásico são: enrolamentos de campo, enrolamentos que produzem o campo magnético principal e estão presentes no rotor, enrolamentos de armadura, onde é induzida a tensão principal e estão localizados no estator, rotor, um grande eletroímã.   Podendo ser classificado em dois tipos: Rotor de polos salientes, adequados para máquinas de baixa rotação - acionadas por turbinas hidráulicas - e rotor de polos lisos, próprias para máquinas de alta rotação, e chamadas de turbo geradores. A imagem abaixo representa a diferença entre os dois tipos de polos:
Figura 14 - Componentes do gerador síncrono
Fonte: SlidePlayer[footnoteRef:8]. [8: Disponível em: < https://slideplayer.com.br/slide/1826400>. Acesso em: 25 jul. 2020.] 
Na imagem abaixo, do lado esquerdo, podemos observar a vista lateral de um rotor de dois polos não salientes de uma máquina síncrona. Já, ao lado, um rotor de seis polos salientes de uma máquina também síncrona.
Figura 15 - Rotores de um gerador síncrono
Fonte: Fundamentos de Máquinas Elétricas, 2013.
REPRESENTAÇÃO CIRCUITAL, PROPRIEDADES ELÉTRICAS, RENDIMENTO E EFICIÊNCIA
5 
CIRCUITOS PARA GERADORES CC
Para iniciar o estudo dos Geradores CC, um ótimo ponto de partida consiste na análise da máquina linear CC, conforme discorre Chapman (2013). Ela consiste em uma bateria, uma resistência e uma chave conectadas a um par de trilhos sem atrito. Ao longo desses trilhos, está presente um campo magnético constante, de densidade uniforme e orientado para dentro da página. Uma barra de metal condutor está assentada sobre os trilhos, conforme a Figura 1.
Para dar partida a máquina, deve-se fechar a chave. Assim, uma corrente começa a fluir na barra, cujo valor é dado pela lei de Kirchhoff das tensões:
A barra está inicialmente em repouso:
Uma corrente que circula através de um fio condutor na presença de um campo magnético induz uma força no fio:
O sentido da força induzida é dado pela regra da mão direita e o circuito fica conforme a Figura 16:
Figura 16: Partida Máquina CC
Fonte: Chapman, 2013.
A partir daí, a barra acelerará para a direita, conforme descreve a Segunda Lei de Newton. Assim, à medida que a velocidade da barra começa a crescer, aparece, nela, uma tensão induzida. Isso ocorre pela Lei de Faraday, visto que há uma variação do fluxo magnético.
Essa tensão induzida aumenta gradualmente, e, por conseguinte, diminui o fluxo da corrente, segundo podemos observar com a equação da Lei de Kirchoff para esse circuito: 
Então, a força induzida reduz até que alcance o valor mínimo (F=0). Nesse ponto, a tensão induzida atinge Vb e a corrente torna-se nula: 
A partir daí, a barra se deslocará sem carga e com velocidade constante de regime permanente, tal que a força líquida sobre a barra chega a zero.
Esse movimento da barra continuará indefinidamente a menos que uma força externa atue sobre ela (Chapman, 2013).
Agora que entendemos um pouco mais sobre a Máquina Linear CC, podemos aplicá-la ao contexto dos geradores. Começamos supondo que a máquina linear esteja operando em regime permanente sem carga. Aplicamos, então, uma força no sentido do movimento. Isto é, a força líquida Flíq atua no sentido do movimento. Assim, a barra acelera no sentido do deslocamento e a velocidade v da barra aumenta. Isso ocorre pois a sua aceleração, dada pela Segunda Lei de Newton, é positiva. A tensão induzida também crescerá e será maior do que a tensão Vb da bateria (Chapman, 2013).
Da mesma forma, a corrente torna-se maior:
A partir daí, a corrente inverte de sentido e flui para cima. Surge, então, uma força induzida que se opõe à força aplicada inicialmente:
 O sentido de Find é definido pela regra da mão direita. Eis a representação esquemática do sistema na Figura 16:
Figura 17 - Máquina linear CC como gerador
Fonte: Chapman, 2013
A força induzida aumenta:
Até que
Ou seja, finalmente, será igual e oposta à força aplicada e a barra se moverá com uma velocidade maior do que antes. Dessa forma, a máquina linear serve de gerador, responsável pela conversão de potência mecânica em potência elétrica. Portanto, a bateria está sendo carregada.
As representações circuitais específicas para cada tipologia de Geradores CC estão representadas no Tópico 3, vide Figuras 2, 3, 4 e 5.
VELOCIDADE E TENSÃO NO GERADOR CC
Obtém-se a geração de corrente contínua quando uma máquina primária é conectada ao eixo de uma máquina de corrente contínua (Chapman, 2013). A máquina primária aplica a este eixo um conjugado mecânico e imprime uma determinada velocidade à máquina CC. Poderemos notar, na equação a seguir, que a velocidade do gerador se associa diretamente à tensão gerada. Controla-se, então, a tensão de saída do gerador aumentando ou diminuindo a rotação no eixo do rotor, conforme afirma Chapman (2013).
Calcula-se a tensão média Vg produzida por um gerador através da fórmula:
Os fatores da equação acima são fixos, exceto φ e n, para quaisquer geradores. Assim, simplifica-se a equação do seguinte modo:
A partir disso, observa-se que o valor de uma fem induzida em qualquer circuito é proporcional à razão com que o fluxo está sendo interceptado. Logo, se o fluxo duplicar e n permanecer o mesmo, o valor de Vg também é duplicado. Da mesma forma, se n dobrar de valor, com fluxo constante, Vg também dobra.
GERADORES SÍNCRONOS: REPRESENTAÇÃO CIRCUITAL, PROPRIEDADES ELÉTRICAS, RENDIMENTOS E EFICIENCIA
4. 
5. 
5.1 
5.2 
5.3 
REPRESENTAÇÃO CIRCUITAL DE UM GERADOR SÍNCRONO
A potência CC fornecida ao circuito abaixo vem de uma fonte de potência CC especial, montada diretamente no eixo do gerador síncrono.
Figura 16 - Representação circuital de um gerador síncrono
Fonte: Fundamentos de máquinas elétricas, 1994.
Esse tipo de configuração acontece em geradores e motores de maior porte, excitatrizes sem escovas são usadas para fornecer a corrente CC de campo para a máquina. Uma excitatriz sem escovas é um pequeno gerador CA com seu circuito de campo montado no estator e seu circuito de armadura montado no eixo do rotor. 
Figura 17 - Excitatriz de um gerador síncrono
Fonte: Soluções Industriais[footnoteRef:9]
 [9: Disponível em: < https://www.solucoesindustriais.com.br/empresa/prestadores-de-servicos/hesutech/produtos/servicos/excitatriz-gerador-sincrono>. Acesso em: 25 jul. 2020.] 
A saída trifásica do gerador de excitatriz é convertida em correntecontínua por meio de um circuito retificador trifásico que também está montado no eixo do rotor. A seguir, essa corrente contínua alimenta o circuito CC principal de campo. Controlando a baixa corrente de campo CC do gerador da excitatriz (localizado no estator).
PROPRIEDADES ELÉTRICAS, RENDIMENTO E EFICIÊNCIA DE UM GERADOR SÍNCRONO
A VELOCIDADE DE ROTAÇÃO DE UM GERADOR SÍNCRONO
A taxa de rotação dos campos magnéticos da máquina está relacionada com a frequência elétrica do estator por meio da equação:
em que frequência elétrica do estator, em Hz
 = velocidade mecânica do campo magnético, em rpm (igual à velocidade do rotor)
número de polos
Como o rotor gira com a mesma velocidade que o campo magnético, essa euqção relaciona a velocidade de rotação do rotor com a frequência elétrica resultante.
A TENSÃO INTERNA GERADA POR UM GERADOR SÍNCRONO
O valor da tensão induzida em uma dada fase do estator é dada por:
Essa tensão depende do fluxo da máquina, a frequência ou velocidade de rotação e da construção da máquina. No caso do gerador síncrono, essa equação é simplificada, destacando as grandezas que variam durante o funcionamento da máquina.
em que K é uma constante que representa os aspectos construtivos da máquina. Se for expressa em radianos elétricos por segundo, então
ao passo que, se Se for expressa em radianos mecânicos por segundo, então
A tensão interna gerada é diretamente proporcional ao fluxo e à velocidade, mas o fluxo propriamente depende da corrente que flui no circuito de campo do rotor.
POTÊNCIA EM GERADORES SÍNCRONOS
A fonte da potência mecânica, a máquina motriz, pode ser um motor diesel, uma turbina a vapor, uma turbina hidráulica ou qualquer dispositivo similar. Qualquer que seja a fonte, ela deve ter a propriedade básica de que sua velocidade seja quase constante independentemente da potência demandada. Se não fosse assim, a frequência do sistema de potência resultante variaria.
Nem toda a potência mecânica que entra em um gerador síncrono torna-se potência elétrica na saída da máquina. A diferença entre a potência de entrada e a de saída representa as perdas da máquina. 
A potência mecânica de entrada é a potência no eixo do gerador:
A potência convertida internamente da forma mecânica para a forma elétrica é dada por:
em que ϒ é o ângulo entre e .
A saída de potência elétrica ativa do gerador síncrono pode ser expressa em grandezas de linha como:
E, por fim, a eficiência total da máquina é calculada da seguinte maneira:
PROBLEMAS TÍPICOS DE DIMENSIONAMENTO, PROJETO, OPERAÇÃO, USOS, INSTALAÇÕES E REQUISITOS DE TRABALHO
6 
CONDIÇÕES DO LOCAL DE INSTALAÇÃO DE UM GERADOR A DIESEL
Tendo como base a Norma Técnica Celg Gt (NT-47), que trata da especificação do grupo Gerador a Diesel, os equipamentos previstos nesta norma deverão ser projetados para instalação abrigada nas seguintes condições ambientais: 
- altitude em relação ao nível do mar até: 1000 m; 
- temperatura máxima anual: 45°C; 
- temperatura média diária (valor máximo): 30°C; 
- temperatura mínima do ar: 16°C; 
- umidade relativa do ar (média anual): 50%.
REQUISITOS DE TRABALHO DE UM GERADOR SÍNCRONO
6. 
6.1 
6.2 
CARACTERÍSTICAS GERAIS
Gerador síncrono trifásico, refrigerado a ar em circuito aberto, por auto-ventilação, acionado por motor diesel.
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
- Trifásico, com enrolamentos ligados em estrela, neutro acessível. 
- Tensão nominal: 380 V ± 5%. 
- Frequência nominal: 60 Hz. 
- Fator de potência (indutivo): 0,8. 
- Velocidade síncrona: igual à velocidade do motor diesel
- Isolamento: classe H. 
- Ligação do enrolamento do estator: estrela com neutro acessível. 
- Grau de proteção: IP23. 
- Reatância subtransitória longitudinal (X" d) ≤ 0,16 pu.
EQUIPAMENTOS, COMPONENTES E ACESSÓRIOS
O gerador síncrono (alternador) deverá ser fornecido completo, contendo basicamente os equipamentos, componentes e acessórios a seguir relacionados: - excitação e regulação de tensão; - equipamento de auto-excitação estática, com ponte retificadora contendo tiristores; - o sistema de excitação deverá compreender, ainda, um regulador automático de tensão do tipo eletrônico, com dispositivo manual, para ajuste do valor de referência.
PINTURA
A pintura será em tinta sintética, cor cinza, com duas demãos de tinta anticorrosiva.
REFERÊNCIAS
 AGÊNCIA ESTADUAL DE MEIO AMBIENTE. CPRH N.1006: GERADORES TERMOELÉTRICOS – PROCEDIMENTOS PARA LICENCIAMENTO. Sl, [20--]. 4 p. Disponível em: http://www.cprh.pe.gov.br/downloads/normas-cprh-1006.pdf. Acesso em: 25 jul. 2020.
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