GERADORES DE CORRENTE ALTERNADA

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CEFETSP – UNED CUBATÃO – MÁQUINAS ELÉTRICAS IND – 2º MÓDULO 
MEL – MÁQUINAS ELÉTRICAS 
 
GERADOR DE CORRENTE ALTERNADA 
 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
Todas as máquinas elétricas funcionam 
segundo o princípio da indução 
eletromagnética, o qual se encontra ilustrado 
na Figura 1. De acordo com este princípio, 
em todo condutor elétrico que se movimenta 
com uma dada velocidade dentro de um 
campo magnético surge uma tensão entre os 
seus terminais. A tensão obtida por meio 
deste fenômeno é chamada de tensão 
induzida, a qual é dada pela seguinte 
expressão: 
 
Figura 1 – Indução eletromagnética. 
 
vBe ⋅⋅= l 
Onde: 
e = Fem ou tensão induzida (Volts). 
B = indução magnética do campo (Tesla).
ℓ = comprimento do condutor (m). 
v = velocidade do condutor na direção 
perpendicular ao campo magnético (m/s). 
 
O condutor analisado anteriormente, 
quando ligado a uma carga, faz com que 
circule uma corrente i pela mesma, 
conforme mostra a Figura 2. Figura 2 – Gerador elementar alimentando uma carga. 
O esquema na Figura 2 representa, assim, um gerador elétrico elementar, cujo princípio 
pode ser resumido da seguinte forma: 
− A máquina primária força o condutor a se movimentar no campo magnético 
exercendo sobre este uma força e transferindo ao mesmo uma determinada 
energia mecânica; 
− O movimento do condutor faz com que uma tensão apareça entre os seus 
terminais a qual é dada pela equação acima; 
− Ao ser conectada a uma carga circula uma corrente no condutor e pela carga. 
A potência mecânica transferida ao condutor é transferida ao circuito elétrico. 
 
COMPONENTES BÁSICOS 
A estrutura básica de um gerador CA é mostrada na Figura 3. Neste diagrama é 
possível distinguir dois componentes principais. O primeiro consiste de uma parte fixa 
denominada estator, a qual contém uma bobina com N espiras. O segundo componente 
é uma parte móvel, denominada rotor e que contém o enrolamento de campo. 
 
NOTAS DE AULA – GERADOR DE CORRENTE ALTERNADA 1 
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Campo e Armadura 
Quanto aos enrolamentos, as denominações 
campo e armadura independem do 
movimento da bobina, podendo ser 
relacionadas às tensões geradas e excitação e 
estar situadas tanto na parte móvel quanto na 
parte fixa das máquinas rotativas. 
O enrolamento de armadura consiste num 
grupo de bobinas interconectadas de maneira 
que todas as tensões geradas contribuam 
positivamente a um resultado desejado. Este 
enrolamento está relacionado ao efeito da 
indução de tensão e, portanto é também 
denominado de induzido. 
 
Figura 3 – Gerador CA monofásico elementar. 
No caso do gerador CA mostrada na Figura 3, o enrolamento de armadura está situado 
no estator (esta é a montagem mais freqüente neste tipo de equipamento), devido aos 
aspectos construtivos tais como: 
− Tamanho e peso dos enrolamentos em máquinas síncronas trifásicas; 
− Coleta (ou injeção) das tensões alternadas. 
O enrolamento da armadura é construído em núcleos de ferro para que o caminho do 
fluxo magnético seja tão eficiente quanto possível. É por este enrolamento que circulará 
a corrente elétrica que as cargas ligadas ao gerador consumirão. Utilizam-se em geral 
núcleos laminados para a minimização da perda por correntes parasitas (correntes de 
Focault) causadas pelo fluxo variável. 
O enrolamento de campo age como fonte primária de fluxo, estando relacionado, 
portanto à excitação da máquina. Este enrolamento transforma o rotor em um eletroímã. 
Em geradores de pequeno porte, costuma-se utilizar um imã permanente para substituir 
o enrolamento de campo. Nos geradores CA, em geral também por questões 
construtivas, o enrolamento de campo é de baixo nível de potência e está situado na 
parte móvel (rotor). 
 
Número de Fases 
O número de fases de um gerador CA está relacionado ao número e à posição das 
bobinas nos terminais onde é injetada (ou coletada) a tensão alternada (no caso, a 
armadura localizada no estator). No caso dos geradores monofásicos e trifásicos, tem-
se: 
− Gerador CA 1φ de 2 pólos: 1 bobina, disposta conforme mostra a Figura 3; 
− Gerador CA 1φ de 4 pólos: 2 bobinas, dispostas conforme mostra a Figura 4; 
− Gerador CA 1φ de p pólos: p/2bobinas dispostas uniformemente; 
− Gerador CA 3φ de 2 pólos: 3 bobinas defasadas de 120o, conforme mostra a 
Figura 5; 
− Gerador CA 3φ de 4 pólos: 2 conjuntos de 3 bobinas defasadas de 120o, 
conforme mostra a Figura 6; 
− Gerador CA 3φ de p pólos: p/2 conjuntos de 3 bobinas defasadas de 120o. 
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Figura 4 – Gerador CA monofásico de quatro pólos. 
 
Figura 5 – Gerador CA trifásico elementar de dois pólos. 
 
Figura 6 – Gerador CA trifásico de quatro pólos. 
 
Tipos de Rotor 
O rotor do gerador CA pode ser de dois tipos: 
− Rotor de pólos salientes: mostrado na Figura 3, este tipo de rotor possui a 
característica de variar a relutância do circuito magnético de acordo com o 
movimento de rotação a que está sujeito. O enrolamento de campo mostrado na 
figura é chamado enrolamento concentrado e o rotor possui dois pólos. 
− Rotor de pólos cilíndricos: um rotor deste tipo não causa variação na 
relutância do circuito magnético da máquina. O enrolamento de campo 
mostrado na citada figura é denominado enrolamento distribuído. Ele é 
disposto em ranhuras e arranjado de forma a produzir um campo magnético 
aproximadamente senoidal de dois pólos. 
 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
O princípio de funcionamento do gerador CA consiste de dois pontos principais. 
1) O enrolamento de campo é excitado por corrente contínua, levada até o mesmo 
por escovas de carvão apoiadas sobre anéis coletores. Esta corrente pode ser 
fornecida por um gerador de corrente contínua (ou por uma bateria) chamada 
excitatriz, freqüentemente montado sobre o eixo do gerador CA. 
 
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2) Acionado por uma fonte de potência mecânica, denominada máquina primária, 
o rotor gira a uma velocidade constante e cria no entreferro uma onda de fluxo, 
a qual possui uma freqüência diretamente relacionada à velocidade do rotor e 
amplitude relacionada á excitação do enrolamento de campo. 
Quando um gerador síncrono supre potência elétrica a uma carga, a corrente na 
armadura cria uma onda de fluxo no entreferro, que gira à velocidade síncrona, 
conforme será visto nas seções seguintes. Este fluxo reage com o fluxo criado pela 
corrente de campo, resultando desta interação um conjugado eletromagnético devido à 
tendência dos dois campos de se alinharem. Num gerador, este conjugado se opõe à 
rotação, tal que a máquina primária deve aplicar conjugado mecânico a fim de sustentar 
a rotação. O conjugado eletromagnético é o mecanismo através do qual maior potência 
elétrica de saída exige maior potência mecânica de entrada. 
 
Figura 7 – Funcionamento do gerador de corrente alternada. 
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A Figura 7 ilustra o funcionamento de uma única volta do gerador CA. Nota-se que 
quando a espira do enrolamento de armadura está posicionada a 90º das linhas de 
campo, a tensão gerada neste instante é zero. Quando a mesma espira está paralela às 
linhas de campo tem-se a tensão instantânea máxima. O movimento contínuo desta 
espira dentro do campo magnético criado pelas bobinas de campo (na figura 
representadas apenas pela polaridade magnética criada por elas), alimentadas com 
corrente contínua, faz surgir a tensão senoidal que é encontrada nos sistemas de 
corrente alternada. 
Cada vez que a espira gira, tem-se uma rotação, onde é obtido um ciclo completo de 
tensão alternada.Como pode ser visto na figura ao lado. 
Esta tensão (ou corrente) alternada obedece a uma lei que é: 
)t.(sen.V)t(v max ϕ+ω= 
Onde: v(t) = valor instantâneo da tensão elétrica em volts (V). 
 Vmax = valor máximo que a tensão pode atingir em volts (V). 
 ω = velocidade angular ou pulsação da cor-rente em radianos / segundo (rad/s). 
 φ = ângulo onde a tensão inicia. 
A pulsação ω depende do período T ou da freqüência f da onda senoidal, isto é: 
T
.2 π=ω ou f..2 π=ω ⇒ 
T
1f = 
Freqüência é o número de ciclos que se repetem por segundo e é dado em hertz (H). 
 
Funcionamento como motor 
O funcionamento da máquina síncrona como motor baseia-se nos seguintes dois pontos 
principais: 
− Corrente alternada é fornecida ao enrolamento de armadura; 
− Corrente contínua é suprida ao enrolamento de campo; 
O campo magnético criado pela corrente na armadura gira à velocidade síncrona. 
Para produzir um conjugado eletromagnético permanente, os campos magnéticos do 
estator (armadura) e rotor (campo) devem ser constantes em amplitude e estacionários 
um em relação ao outro. A velocidade de regime permanente do motor é determinada 
pelo número de pólos e pela freqüência da corrente da armadura. 
No caso do motor, o conjugado eletromagnético está na direção da rotação e equilibra o 
conjugado oponente exigido para mover a carga mecânica. A tensão rotacional age, 
portanto em oposição à tensão e corrente aplicadas. 
 
FREQÜÊNCIA, VELOCIDADE E NÚMERO DE PÓLOS 
A Figura 3 e a Figura 6 representam rotores de dois e quatro pólos salientes, 
respectivamente. 
Os enrolamentos de campo são do tipo concentrado e as máquinas são monofásicas. No 
funcionamento como gerador, a tensão gerada passa por um ciclo completo de valores 
toda vez que pólos do mesmo tipo (norte ou sul) se posicionam coincidentes com um 
terminal do enrolamento da armadura (a1, -a1, a2, -a2). Assim, cada rotação do rotor da 
máquina de dois pólos corresponde a um ciclo completo de valores de tensão. 
A freqüência em ciclos por segundo (Hz), é igual à velocidade mecânica do rotor em 
rotações por segundo (rps); ou seja, a freqüência elétrica está sincronizada com a 
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velocidade mecânica, razão pela qual a denominação máquina síncrona. 
Nas máquinas com número de pólos superior a dois, é conveniente concentrar a atenção 
apenas num par de pólos e verificar que as condições elétricas, magnéticas e mecânicas 
associadas a qualquer par de pólos são repetições daquelas correspondentes ao par em 
consideração. 
Na máquina de quatro pólos, observa-se que um ciclo completo de valores de tensão 
gerada é alcançado apenas para meia rotação do rotor. Uma rotação completa do rotor 
corresponde a dois ciclos de tensão. 
Numa máquina de p pólos, uma rotação completa do rotor corresponderá a p/2 ciclos de 
tensão. A denominação da posição do rotor de graus mecânicos e do ângulo 
correspondente a cada valor do ciclo de tensão gerada de graus elétricos permite 
estabelecer a seguinte relação: 
mecelet 2
p θ=θ 
Onde: θelet = graus elétricos [o ou radianos]. 
 p = número de pólos. 
 θmec = ângulos mecânicos (físicos) [o ou radianos]. 
De forma análoga, a freqüência da onda de tensão (f) em Hertz, pode ser relacionada à 
velocidade mecânica (n), em rotações por minuto (rpm), da seguinte forma: 
60
n
2
pf ⋅= → 
p
f120n ⋅= 
Onde: f = freqüência, em Hertz. 
 p = número de pólos da máquina. 
 n = rotação da máquina, em rpm. 
Portanto, para operar na freqüência de 60 Hz os rotores dos geradores de 2 e 4 pólos 
devem girar nas velocidades angulares de 3600 e 1800 rpm, respectivamente; ou seja, 
quanto maior o número de pólos, mais lentamente o rotor precisa girar para que seja 
alcançada uma determinada freqüência. 
Nos geradores hidrelétricos, as turbinas hidráulicas operam em baixa velocidade e por 
esta razão um número de pólos relativamente grande é necessário para produzir a 
tensão na freqüência desejada. O rotor do tipo pólos salientes é mais conveniente para 
esta aplicação. 
Por outro lado, turbinas a vapor e a gás operam com velocidades relativamente altas, tal 
que os respectivos geradores possuem número de pólos reduzido. Neste caso, os rotores 
do tipo pólos cilíndricos são mais adequados. 
 
 
 
 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
Apostila de Conversão Eletromecânica de Energia A - EEL7064. Universidade Federal 
de Santa Catarina. Florianópolis, Março de 2003. 
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