Aula 05 - Geradores de Corrente Contínua

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO 
ESCOLA DE MINAS 
GERADORES DE 
CORRENTE CONTÍNUA 
Professor: Me. Fábio Alexandre Martins Monteiro 
 
Sala 127 
eng.fabiomonteiro@gmail.com 
Ouro Preto 
2 
GERADORES CC 
 Princípio de funcionamento de um gerador elétrico 
Geradores de Corrente Contínua 
Energia 
Elétrica 
Energia 
Mecânica 
• Condutores em movimento e imerso em um campo 
magnético é induzida uma f.e.m. no condutor; 
 
• O sentido desta f.e.m. pode ser determinado pela Regra da 
Mão Direita. 
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GERADORES CC 
 Princípio de funcionamento de um gerador elétrico 
 
• Condutor em movimento e imerso em um campo magnético 
é induzido no condutor um f.e.m. 
Geradores de Corrente Contínua 
Gera-se no condutor uma 
f.e.m que dará origem a 
uma corrente elétrica no 
circuito fechado. 
Sentido da f.e.m 
determinado pela 
Regra da Mão Direita: 
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• Núcleo de ferro; 
 
• Condutores sobrepostos ao núcleo; 
 
• Núcleo girando à uma velocidade constante. 
Geradores de Corrente Contínua 
5 
GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• Condutores girando com o núcleo de ferro, induzindo assim 
f.e.m. nos condutores. 
Geradores de Corrente Contínua 
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• Condutores internos não cortam nenhuma linha de campo 
magnético. 
Geradores de Corrente Contínua 
7 
GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• A f.e.m. que tende a enviar corrente para cima pela 
enrolamento da esquerda, é igual e oposta à que tende a 
enviar corrente para cima pelo enrolamento da direita. 
Geradores de Corrente Contínua 
Não circulará 
corrente 
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• Porém há uma diferença de potencial entre os pontos f e g. 
 
• Entre esses pontos se colocam contatos fixos, chamados de 
escovas, para conectar com o circuito externo. 
Geradores de Corrente Contínua 
Entre f e g há 
uma d.d.p. 
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• Porém há uma diferença de potencial entre os pontos f e g; 
 
• Entre esses pontos se colocam contatos fixos, chamados de 
escovas, para conectar com o circuito externo. 
Geradores de Corrente Contínua 
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• Uma boa compreensão do gerador é pensar que cada 
condutor ativo é representado por uma fonte de tensão. 
Geradores de Corrente Contínua 
R
Ia
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Et
+
−
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
Ic Ic
f
g
Eg
−
+
Il
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
Geradores de Corrente Contínua 
𝐼𝑎 = 𝑝 × 𝐼𝑐 𝐸𝑔 =
𝑧
𝑝
× 𝐸𝑐 
Ec: tensão gerada em cada condutor; 
z: número de condutores ativos; 
Eg: tensão gerada pelo gerador; 
Ic: corrente em cada condutor; 
Ia: corrente no induzido; 
Il: corrente fornecida pelo gerador; 
Et: tensão entre terminais do gerador; 
p: número de percursos em paralelo; 
R: carga alimentada pelo gerador. 
R
Ia
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Et
+
−
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
Ic Ic
f
g
Eg
−
+
Il
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• Os condutores possuem uma resistência: Ra 
Geradores de Corrente Contínua 
𝐸𝑔 = 𝑅𝑎. 𝐼𝑎 + 𝐸𝑡 
Ra
Ia
Eg
Et
+
−
Il
R
Ia
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Ec
Et
+
−
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
−
+
Ic Ic
f
g
Eg
−
+
Il
Ra: resistência dos enrolamentos do induzido. 
Equação do Gerador 
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• As escovas não são posicionadas sobre os condutores; 
 
• As escovas são posicionadas sobre um conjunto de 
contatos especiais de atrito, denominado de coletor. 
Geradores de Corrente Contínua 
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• O núcleo e o enrolamento juntos constituem o que se 
denomina induzido ou rotor da máquina. 
• O conjunto dos contatos de atrito formam o que se 
denomina coletor ou anel comutador. 
• Os imãs fazem parte do estator. 
Geradores de Corrente Contínua 
Escovas 
Coletor 
Induzido 
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• Geradores Multipolares 
Geradores de Corrente Contínua 
- Núcleo com espessura para 
passar metade (1/2) do fluxo total. 
- Núcleo com espessura para 
passar 1/6 do fluxo total. 
2 geradores de mesma potência: 
É mais econômico 
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GERADORES CC 
 Construção de um Gerador que forneça Corrente Contínua 
 
• Geradores Multipolares 
 
− Esquema de um gerador tetrapolar: 
Geradores de Corrente Contínua 
Escovas ligadas 
entre si. 
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GERADORES CC 
 Induzido de um Gerador CC 
 
• Induzido em Anel de Gramme 
Geradores de Corrente Contínua 
Possui uma grande desvantagem, 
pois apenas os condutores que estão 
em frente a face polar estão ativos. 
As máquinas de corrente contínua 
não são construídas com induzido 
em Anel de Gramme. 
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GERADORES CC 
 Induzido de um Gerador CC 
 
• Induzido em Anel de Gramme 
Geradores de Corrente Contínua 
−Somente os condutores 
externos cortam linhas de 
força. 
 
−Um condutor ativo por espira. 
 
−Na construção gasta-se com 
material que não é utilizado. 
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GERADORES CC 
 Induzido de um Gerador CC 
 
• Induzido em Tambor ou Imbrincado 
Geradores de Corrente Contínua 
−Haverá dois conduto-
res ativos por espira. 
 
−O fio de cobre ficou 
apenas ligeiramente 
maior. 
 
−Os condutores são 
alojados em ranhuras. 
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GERADORES CC 
 Induzido de um Gerador CC 
• Induzido em Tambor – em perspectiva frontal: 
Geradores de Corrente Contínua 
Escovas ligadas 
entre si. 
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GERADORES CC 
 Induzido de um Gerador CC: 
• Induzido em Tambor – estendido no plano: 
Geradores de Corrente Contínua 
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GERADORES CC 
 Induzido de um Gerador CC 
• Induzido em Série ou Ondulado – em perspectiva frontal: 
Geradores de Corrente Contínua 
−Só existem 2 percursos 
não importando o 
número de polos. 
 
−Na prática utilizado 
quando no projeto do 
enrolamento em tam-
bor chegou-se em um 
condutor muito fino. 
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GERADORES CC 
 Induzido de um Gerador CC 
 
• Induzido em Tambor e Escovas 
Geradores de Corrente Contínua 
− As Escovas podem ser de carvão, de metal, macias ou 
duras, servem de contato entre o coletor e a carga e são 
posicionadas no porta escovas. 
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GERADORES CC 
 Estator de um Gerador CC 
 
• Campo magnético gerador por eletroímãs (bobina percorrida 
por uma corrente). 
 
− Quando a corrente necessária para a criação do campo 
magnético é fornecida por uma fonte externa, se diz que 
o gerador é de excitação independente. 
 
− Quando o próprio gerador fornece a corrente necessária 
para a criação do campo magnético, se diz que o 
gerador é auto-excitado.Geradores de Corrente Contínua 
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GERADORES CC 
 Estator de um Gerador CC 
 
• Classificação de um Gerador CC: 
 
• Com excitação independente; 
 
• Auto-excitado, 3 conexões possíveis: 
 
−Excitação shunt ou paralela; 
 
−Excitação série; 
 
−Excitação compound ou composta. 
Geradores de Corrente Contínua 
26 
GERADORES CC 
 Estator de um Gerador CC 
 
• Com excitação independente: 
Geradores de Corrente Contínua 
−Geradores com excitação independente, 
as bobinas de campo são alimentadas 
com correntes externas ao gerador. 
 
−Com isso consegue-se melhor controle 
do campo gerado e consequentemente 
da tensão gerada. 
 
−Porém, é necessário uma fonte externa 
para alimentar as bobinas de campo. 
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GERADORES CC 
 Estator de um Gerador CC 
 
• Com excitação independente – representação: 
Geradores de Corrente Contínua 
Rf
Ra
Eg
Ia
Fonte 
Externa
+
−
R
Et
Gerador
+
−
Il
If
Eg: tensão gerada; 
Ra: resistência dos enrol. do induzido; 
Ia: corrente nos enrolam. do induzido; 
Rf: resist. das bobinas de campo; 
If: corrente nas bobinas de campo; 
Il: corrente fornecida pelo gerador; 
Et: tensão entre terminais gerador; 
R: carga. 
𝐸𝑔 = 𝑅𝑎. 𝐼𝑎 + 𝐸𝑡 
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GERADORES CC 
 Estator de um Gerador CC 
 
• Com excitação shunt ou paralela: 
Geradores de Corrente Contínua 
−As bobinas de campo em paralelo com o 
enrolamento do induzido. 
 
−Bobina de Campo: Resistência Alta 
 
condutores finos com muitas voltas. 
 
−Bobina do Induzido: Resistência Baixa 
 
condutores grossos com poucas voltas. 
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GERADORES CC 
 Estator de um Gerador CC 
 
• Com excitação shunt ou paralela – representação: 
Geradores de Corrente Contínua 
Rf
Ra
Eg
Ia
R
Et
Gerador
+
−
Il
If
𝐸𝑔 = 𝑅𝑎. 𝐼𝑎 + 𝐸𝑡 
𝐸𝑡 = 𝑅𝑓. 𝐼𝑓 
𝐼𝑎 = 𝐼𝑓 + 𝐼𝑙 
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GERADORES CC 
 Estator de um Gerador CC 
 
• Com excitação série: 
Geradores de Corrente Contínua 
−As bobinas excitadoras estão em 
série com o induzido. 
 
−As duas bobinas transportam a 
corrente total da máquina. 
 
−São formadas por condutores de 
seção grande, e com poucas espiras. 
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GERADORES CC 
 Estator de um Gerador CC 
 
• Com excitação série: 
Geradores de Corrente Contínua 
Rf
Ra
Eg
Ia
R
Et
Gerador
+
−
Il
Ia
𝐸𝑔 = 𝑅𝑎. 𝐼𝑙 + 𝑅𝑓 . 𝐼𝑙 + 𝐸𝑡 
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GERADORES CC 
 Estator de um Gerador CC 
 
• Com excitação compound ou composta: 
Geradores de Corrente Contínua 
−Existem ambas as bobinas excitadoras 
shunt e série. 
 
−Diz-se que a máquina é de longo shunt 
quando as bobinas shunt são ligadas por 
fora das bobinas série. 
 
−Diz-se que a máquina é de curto shunt 
se a ligação das bobinas shunt fica 
dentro das bobinas série. 
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GERADORES CC 
Geradores de Corrente Contínua 
 Referência Bibliográfica 
 
 GRAY, A.; WALLACE, A. Eletrotécnica: princípios e 
aplicações. Ed. Ao Livro Técnico SA., 1971 
• Capítulo 12 – Enrolamentos do Induzido para Máquinas 
de Corrente Contínua; 
• Capítulo 13 – Construção e Excitação das Máquinas de 
Corrente Contínua.