Geradores de Corrente Contínua

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Curso de Engenharia Civil 
Disciplina: Eletricidade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GERADORES DE CORRENTE CONTÍNUA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Santo Ângelo 
2015 
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1. Introdução 
 
 
Gerador de corrente contínua é uma máquina capaz de converter energia 
mecânica em energia elétrica ou energia elétrica em mecânica (motor). 
A energia elétrica utilizada hoje em dia na distribuição e transporte da mesma 
é a corrente alternada, porém os motores de corrente contínua têm tradicionalmente 
grandes aplicações nas indústrias sendo que, são eles que permitem variação de 
velocidade como de uma esteira ou de um comboio por exemplo. Atualmente 
componentes eletrônicos de tensão alternada já são capazes de controlar a 
velocidade do motor assíncrono facilmente e pelo seu menor custo e recursos de 
aplicação estão substituindo os motores de corrente contínua na maior parte das 
aplicações. 
O termo "gerador elétrico" se reserva apenas para as máquinas que convertem 
a energia mecânica em elétrica. Conforme as características da corrente elétrica que 
produzem, os geradores podem ser de corrente contínua (dínamos) e alternada 
(alternadores). 
Além disso, quando se trata de um gerador de corrente continua, os mesmos 
princípios que formam a base de operação de maquina de corrente alternada e de 
corrente continua, são governadas pelas mesmas leis fundamentais. Desta forma no 
cálculo do torque desenvolvido por um dispositivo eletromecânico se aplica tanto para 
gerados CA, quanto para geradores CC. À única diferença entre ambos são os 
detalhes de construção mecânica, isto também se aplica para a força eletromotriz no 
rotor. 
Portanto as máquinas CA não são fundamentalmente diferentes das CC, ou 
seja, diferem somente em detalhes construtivos. Logo para que um gerador seja CC 
é necessário que haja uma força eletromotriz para assim produzir um campo 
magnético e em seguida gerar uma corrente que ao passar pelo anel comutador gere 
uma corrente continua. 
Nesse trabalho iremos ver as características dos geradores de corrente 
continua, suas especificações, o seu principio de funcionamento, os tipos de 
geradores e seus circuitos. 
3 
2. Características 
 
 
2.1. Armadura 
 
 
Num gerador, a armadura gira por efeito de uma força mecânica externa. A 
tensão gerada na armadura é então ligada a um circuito externo. Em resumo, a 
armadura do gerador libera corrente para um circuito externo (a carga). Como a 
armadura gira, ela é também é chamada de rotor. A tensão de armadura Ea é 
diretamente proporcional ao fluxo no gerador e à proporcional ao fluxo no gerador e à 
velocidade de rotação. 
 
 
 
2.2. Comutador 
 
 
Uma maquina cc tem um comutador para converter a corrente alternada que 
passa pela sua armadura em corrente continua liberada através de seus terminais (no 
caso do gerador). O comutador é constituído por segmentos de cobre com um par de 
segmento para cada enrolamento da armadura. Cada segmento do comutador é 
isolado dos demais por meio de laminas de mica. Os segmentos são montados em 
torno do eixo da armadura e são isolados do eixo e de ferro da armadura. No chassi 
da maquina são montadas duas escovas fixas, que permitem contatos com 
segmentos opostos do comutador. 
 
 
 
2.3. Escovas 
 
 
São conectores de grafita fixos, montados sobre molas que permitem que eles 
deslizem sobre o comutador no eixo da armadura. Assim, as escovas servem de 
contato entre os enrolamentos da armadura e a carga externa. 
 
 
 
2.4. Enrolamento de campo 
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Este eletroímã produz o fluxo interceptado pela armadura. Num gerador, a fonte 
de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de excitador, ou 
proveniente da própria amadura. 
 
 
 
2.5. Gerador CC Simples 
 
 
O gerador cc mais simples é formado por um enrolamento de armadura 
contendo uma única espira de fio. Este enrolamento de uma espira intercepta o campo 
magnético para produzir a tensão. Se houver um circuito fechado, passará uma 
corrente no sentido indicado pelas setas (Figura 1-a). Nessa posição da espira, o 
segmento 1 do comutador está em contato com a escova 1, enquanto o segmento 2 
do comutador está em contato com a escova 2. À medida que a armadura gira meia 
volta no sentido horário, os contatos entre os segmentos do comutador e as escovas 
são invertidas (Figura 1-b). Agora o segmento 1 está em contato com a escova, 2 e o 
segmento 2 em contato com a escova 1. Em virtude dessa ação de comutação, o lado 
da espira que está em contato com qualquer uma das escovas está sempre 
interceptando o campo magnético no mesmo sentido. Portanto, as escovas 1 e 2 tem 
polaridade constante, e é liberada uma corrente continua pulsante para o circuito de 
carga externa. 
 
Figura 1-a. Funcionamento básico de um gerador cc 
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Figura 1-b. Funcionamento básico de um gerador cc 
 
 
 
 
2.6. Enrolamentos da Armadura 
 
 
As bobinas da armadura usadas em grandes maquinas cc são geralmente 
enroladas na sua forma final antes de serem colocadas na armadura. As bobinas pré- 
fabricadas são colocadas entre as fendas do núcleo laminado da armadura. Há duas 
formas de se ligar as bobinas, enrolamento imbricado e enrolamento ondulado ou em 
série. 
Num enrolamento imbricado simples, as extremidades de cada bobina são 
ligadas a segmentos comutadores adjacentes (Figura 2). Dessa forma, todas as 
bobinas ficam ligadas em série. Num enrolamento imbricado duplo, há, na verdade, 
dois conjuntos separados de bobina, cada conjunto ligado em série (Figura 3). Estes 
dois conjuntos de bobinas são ligados entre sim somente através das escovas. 
Analogamente, em enrolamento imbricado triplo é formada por três conjuntos 
separados de bobinas ligados em série. Num enrolamento imbricado simples, uma 
única escova faz o curto-circuito entre as duas extremidades da mesma bobina. 
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Num enrolamento ondulado, as extremidades de cada bobina são ligadas aos 
segmentos do comutador com dois polos de intervalo (Figura 4). Em vez de curto- 
circuitar uma única espira, a escova faz curto circuito num pequeno grupo de espiras 
ligadas em série. 
 
Figura 2. Enrolamento imbricado simples 
Figura 3. Enrolamento imbricado duplo 
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Figura 4. Enrolamento ondulado para uma máquina cc com quatro polos. 
 
 
Num gerador, a área onde nenhuma tensão pode ser induzida numa espira da 
armadura é chamada de plano de comutação ou plano neutro. Este plano está a meia 
distância entre pólos de campo norte e sul adjacentes. As escovas são sempre 
colocadas de modo a produzir um curto circuito entre as bobinas da armadura que 
estão atravessando o plano neutro, e simultaneamente a saída é retirada das outras 
bobinas. 
 
 
 
2.7. Excitação do campo 
 
 
Os geradores cc recebem seus nomes de acordo com o tipo de excitação de 
campo utilizado. Quando o campo do gerador é fornecido ou “excitado” por uma fonte 
cc separada, como por exemplo, uma bateria, ele é chamado de gerador de excitação 
separada (Figura 5). Quando o gerador fornece a sua própria excitação, ele é 
chamado de gerador auto excitado. Se o seu campo estiver ligado em paralelo com o 
circuito da armadura, ele é chamado de gerador em derivação (Figura 6-a) quando o 
campo está em série com a armadura, o gerador é chamado de gerador série (Fig.6- 
b.). Se forem usados os dois campos, derivação e serie, o gerador é chamado de 
gerador composto. Os geradores compostos podem ser ligados em derivação curta 
(Figura 6-c) com o campo de derivação em paralelo somente com a armadura, ou 
formando uma derivação longa (Figura 6-d), com o campo de derivação em paralelo 
coma armadura e com o campo série. Quando o campo série está ligado dessa forma, 
8 
de modo que seus amperes-espira ajam no mesmo sentido que os do campo em 
derivação, diz-se que o gerador é composto-acumulativo. Os reostatos de campo e, 
portanto, a fem gerada pelo gerador. 
O gerador composto é muito mais usado do que os outros tipos de geradores, 
porque ele pode ser projetado de modo a oferecer uma ampla variedade de 
características. 
 
 
Figura 5. Diagrama de circuito com gerador excitado separadamente. 
Figura 6-a. Diagrama de circuitos de geradores cc em derivação. 
 
9 
 
Figura 6-b. Diagrama de circuitos de geradores cc em série. 
 
 
Figura 6-c. Diagrama de circuitos de geradores cc, composto em derivação curta. 
 
 
Figura 6-d. Diagrama de circuitos de geradores cc, composto em derivação longa. 
 
 
 
 
3. Especificação de um Motor CC 
 
 
Para a correta especificação do motor, são necessárias as seguintes 
informações na consulta: 
1. Potência Nominal (kW); 
2. Regime de serviço ou descrição do ciclo de trabalho; 
3. Velocidade nominal (rpm); 
4. Velocidade máxima com enfraquecimento de campo (rpm); 
5. Velocidade mínima de trabalho (rpm); 
6. Tensão de armadura (Vcc); 
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7. Tensão de campo (Vcc); 
8. Fonte: - CC pura (gerador ou baterias); - Conversor trifásico; - Conversor 
monofásico semi-controlado; - Conversor monofásico totalmente controlado. 
9. Tensão da rede CA. 
10. Freqüência da rede. 
11. Tensão de alimentação dos aquecedores internos (quando necessários). 
12. Grau de proteção da máquina ou especificação da atmosfera ambiente. 
13. Temperatura ambiente. 
14. Altitude. 
15. Proteção Térmica. 
16. Sentido de rotação (horário ou anti-horário, olhando-se pelo lado acionado). 
17. Sobrecargas ocasionais. 
18. Momento de inércia da carga e a que rotação está referido. 
19. Cargas axiais e seu sentido, quando existentes. 
 
 
 
4. Princípio de Funcionamento 
 
 
O funcionamento dessas máquinas se baseia ou em fenômenos eletrostáticos, 
ou na indução eletromagnética. Nas aplicações industriais a energia elétrica provém 
quase exclusivamente de geradores mecânicos cujo princípio é o fenômeno da 
indução eletromagnética; os geradores mecânicos de corrente alternante são também 
denominados alternadores; os geradores mecânicos de corrente contínua são 
também denominados dínamos. 
Numa máquina elétrica (seja gerador ou motor), distinguem-se essencialmente 
duas partes, a saber: o estator, conjunto de órgãos ligados rigidamente à carcaça e o 
rotor, sistema rígido que gira em torno de um eixo apoiado em mancais fixos na 
carcaça. Sob o ponto dê vista funcional distinguem-se o indutor, que produz o campo 
magnético, e o induzido que engendra a corrente induzida. 
 
No dínamo o rotor é o induzido e o estator é o indutor; nos alternador dá-se 
geralmente o contrário. A corrente induzida produz campo magnético que, em acordo 
com a Lei de Lenz, exerce forças contrárias à rotação do rotor; por isso em dínamos 
e alternadores, o rotor precisa ser acionado mecanicamente. O mesmo concluiu do 
11 
Princípio de Conservação da Energia: a energia elétrica extraída da máquina, 
acrescida de eventuais perdas, é compensada por suprimento de energia mecânica. 
Os geradores não fornecem toda a energia elétrica que produzem. Parte da 
energia elétrica produzida é perdida dentro do próprio gerador, em virtude de sua 
resistência elétrica própria, denominada “resistência elétrica”. Em um gerador ideal, 
qualquer que seja a corrente fornecida, a tensão de saída VS será sempre igual à 
força eletromotriz E. Assim: VS = EO gerador real, entretanto, apresenta uma 
resistência interna que representa a soma de todas as resistências do gerador. Se 
o gerador for ligado a uma carga e passar a fornecer corrente, aparecerá uma perda 
interna de tensão devido à resistência interna, e dessa forma a tensão de saída VS 
não será mais igual à força eletromotriz E. 
Em relação ao gerador de corrente contínua com o de corrente alternada, difere 
principalmente na capacidade de transmitir a energia. A corrente alternada consegue 
atingir uma voltagem muito maior que a contínua, conseguindo chegar mais longe sem 
perder a força. 
Os princípios que formam a base de operação de máquina de corrente 
alternada são os mesmos da corrente continua, são governadas pelas mesmas leis 
fundamentais. Desta forma no cálculo do torque desenvolvido por um dispositivo 
eletromecânico se aplica tanto para geradores CA, quanto para CC. À única diferença 
entre ambos são os detalhes de construção mecânica, isto também se aplica para 
força eletromotriz no rotor. Portanto as maquinas CA não é fundamentalmente 
diferente das CC, ou seja, diferem somente em detalhes construtivos. Logo para que 
um gerador seja CC é necessário que haja uma força eletromotriz para assim produzir 
um campo magnético e em seguida gerar uma corrente que ao passar pelo anel 
comutador gere uma corrente continua. 
Espira condutora em rotação linhas de força 
↓ 
↓ 
12 
4.1. Gerador de Corrente Contínua 
 
 
Os geradores de corrente contínua são máquinas que produzem tensão e seu 
funcionamento se reduz sempre ao princípio da bobina giratória dentro de um campo 
magnético. 
Os geradores modernos de corrente contínua utilizam armaduras de tambor, 
que costumam estar formadas por um grande número de bobinas agrupadas 
em hendiduras longitudinais, dentro do núcleo da armadura e, conectadas aos 
segmentos adequados de um comutador múltiplo. Se uma armadura tem um só 
circuito de cabo, a corrente que se produz aumentará e diminuirá dependendo da parte 
do campo magnético, através do qual se esteja movendo o circuito. 
Um comutador de vários segmentos usado com uma armadura de tambor liga 
sempre o circuito externo a um de cabo que se move através de uma área de alta 
intensidade do campo, e como resultado a corrente que fornecem as bobinas da 
armadura é praticamente constante. 
Os campos dos geradores modernos equipam-se com quatro ou mais 
pólos eletromagnéticos que aumentam o tamanho e a resistência do campo 
magnético. Em alguns casos, acrescentam-se interpolos menores para compensar as 
distorções que causa o efeito magnético da armadura no fluxo elétrico do campo. 
 
 
 
5. Circuitos 
 
 
O circuito de Corrente Continua (também conhecido como CC) é um circuito 
cuja corrente elétrica segue em apenas uma direção. Este circuito encontra-se em 
muitas aplicações de tensão baixa, especialmente nas aplicações que utilizam bateria. 
A maioria dos circuitos eletrônicos requer uma fonte de alimentação CC. 
Uma corrente elétrica flui somente quando o circuito elétrico está fechado, mas 
deixa completamente de fluir quando o circuito está aberto. 
Um exemplo é o interruptor, que é um dispositivo que abre, ou fecha um circuito 
elétrico. Quando o interruptor está fechado, o circuito está fechado e a lâmpada 
acende-se (On); quando o interruptor está aberto, o circuito está aberto e a lâmpada 
elétrica apaga-se (Off). 
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5.1. Circuito magnético 
 
 
Para que o campo magnético possa atuar com a intensidade requerida sobre 
os elementos do circuito elétrico, colocados em determinada zona da máquina 
elétrica, é necessário criar um circuito magnético, isto é, um conjunto de meios 
materiais, formado essencialmente por substâncias ferromagnéticas, constituindo um 
circuito fechado, através do qual um fluxo magnético se pode estabelecer com 
facilidade. Em uma máquina elétrica rotativa o circuito magnético será formado por 
uma parte colocada no estator e outra parte colocada no rotor e separadas por um 
entreferro.Na atualidade o circuito magnético de um gerador de corrente contínua é 
constituído por um empacotamento de chapa magnética. No corte da chapa 
magnética, é imediatamente dada forma aos pólos magnéticos, indutores e de 
comutação. O circuito magnético rotórico é, também, formado pelo empacotamento 
de chapa magnética, com uma forma de coroa circular e na qual estão já recortadas 
as ranhuras abertas. 
O material ferromagnético, utilizado na construção do circuito magnético é 
caracterizado por ter baixas perdas magnéticas razoável condutibilidade térmica e 
bom comportamento mecânico. 
 
 
 
6. Tipos de Geradores: 
 
 
6.1. Gerador em derivação (shunt) 
 
 
A característica do gerador shunt é influenciada pela tensão do terminal, que é 
a mesma tensão usada na alimentação do campo. 
Este gerador é constituído de espiras de fio fino, resistência ôhmica alta e 
corrente de excitação baixa. 
O funcionamento do circuito está esquematizado abaixo: 
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Onde: 
Ia = corrente da armadura produzida na mesma direção da tensão gerada. 
If = corrente de campo (Vf / Rf). 
IL = corrente de carga (VL / RL). 
Existe a mesma tensão sobre os circuitos da armadura, do campo e da carga. 
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6.1.1. Processo de auto excitação 
 
 
A velocidade de rotação do gerador shunt também pode influenciar sua auto 
excitação. A figura abaixo mostra como a curva característica e a resistência crítica 
variam com W. 
 
 
 
6.2. Gerador de Corrente Contínua em Série 
 
 
O circuito em série é caracterizado por permitir somente um percurso para a 
passagem da corrente. A corrente é a mesma em todos os pontos do circuito. 
Neste gerador a excitação é produzida por um enrolamento de campo ligado 
em série com a armadura, de modo que o fluxo produzido é função da corrente da 
armadura e da carga. O campo série é excitado apenas quando a carga é ligada ao 
circuito. Como o enrolamento de campo deve suportar toda a corrente da armadura, 
é construído com poucas espiras de fio grosso. O enrolamento de compensação e o 
interpolo também podem estar presentes neste gerador. 
O circuito está esquematizado abaixo: 
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6.3. Gerador Composto (Compound) 
 
 
Neste gerador a excitação de campo é produzida por uma combinação dos 
enrolamentos em série e em paralelo com a armadura. Existem duas configurações 
possíveis: a conexão shunt-longa e a conexão shunt-curta. A diferença essencial entre 
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estas conexões é que, na primeira, a corrente da armadura excita o campo série, 
enquanto que, na segunda, a corrente de carga excita o campo série. Estas diferenças 
irão interferir na forma como a tensão sobre a carga irá se comportar em função das 
diferentes solicitações de corrente. 
O circuito de tal gerador está esquematizado no desenho abaixo: 
 
 
 
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7. Conclusão 
 
 
Com esse trabalho conseguimos compreender que se todos os sistemas de 
transmissão fossem em corrente contínua, seria preciso uma usina em cada bairro 
para abastecer as casas com eletricidade, pois a corrente contínua fica com uma 
voltagem muito mais baixa do que a alternada, e quanto maior é essa voltagem, mais 
longe a energia chega sem perder força no trajeto. 
Também vimos que na corrente contínua o fluxo dos elétrons passa pelo fio 
sempre no mesmo sentido. Como não há alternância, essa corrente não é aceita pelos 
transformadores e não ganha voltagem maior. Assim temos como resultado, que a 
energia elétrica não pode seguir muito longe. Por isso, a corrente contínua é usada 
em pilhas e baterias ou para percorrer circuitos internos de aparelhos elétricos, como 
um chuveiro. Mas ela não serve para transportar energia entre uma usina e uma 
cidade. 
Então com o término do trabalho conseguimos entender um pouco mais sobre 
o funcionamento de um gerador de corrente contínua, em que partes são divididos e 
suas características. 
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8. Bibliografia: 
 
GUSSOW, Milton. Eletricidade Básica. 2º edição. Porto Alegre: Artmed, 2009. 
 
http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpa 
gcopel2.nsf%2Fdocs%2F40A0E2ABD99123CF0325740C00496689 
 
http://www.tecnogerageradores.com.br/2015/05/entenda-como-e-o-principio-de- 
funcionamento-de-um-gerador-de-corrente-alternada/ 
 
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA3_wAB/gerador-corrente-continua 
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA4hEAL/geradores-cc 
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA3_wAB/gerador-corrente-continua 
http://professor.ufop.br/sites/default/files/adrielle/files/aula_5_0.pdf 
http://www.ufjf.br/ramoieee/files/2010/08/geradorcc.pdf 
http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-curso-dt-3-caracteristicas-e- 
especificacoes-de-motores-de-corrente-continua-conversores-ca-cc-artigo-tecnico- 
portugues-br.pdf