Gerador de Corrente Contínua (Gerador DC) – Teoria (máquinas eléctricas 2/25)

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Motores e Geradores

Na parte 1 estudámos o funcionamento de um motor de corrente contínua (DC).
Mas um motor DC pode ser também um gerador DC.
Veja a próxima animação.
A bobina, o anel dividido em partes, as escovas e o íman constituem exactamente as mesmas peças que formavam o motor estudado anteriormente, mas agora forçamos a bobina a rodar (energia mecânica), o que vai gera uma f.e.m.

Se utilizarmos energia mecânica (por exemplo a força braçal humana) para fazer rodar a bobina (N voltas, área A) a uma velocidade angular uniforme w dentro do campo magnético B, será produzida uma f.e.m. sinusoidal na bobina (uma f.e.m. ou força electromotriz é quase a mesma coisa que uma tensão eléctrica). Seja teta o ângulo entre B e a perpendicular à bobina, de forma a que o fluxo φ é igual a NAB.cosθ

A lei de Faraday dá-nos:

f.e.m. = – dφ/dt = – (d/dt)(NBA.cosθ) = NBA.senθ (dθ/dt) = NBAω.sen ωt

Se utilizarmos energia mecânica (por exemplo a força braçal humana) para fazer rodar a bobina (N voltas, área A) a uma velocidade angular uniforme ω dentro do campo magnético B, será produzida uma f.e.m. sinusoidal na bobina (uma f.e.m., ou força electromotriz, é quase a mesma coisa que uma tensão eléctrica).

Seja Θ o ângulo entre B e a perpendicular à bobina, de forma a que o fluxo φ é NAB.cos Θ

A lei de Faraday dá-nos:

f.e.m. = – d φ /dt = – (d/dt)(NBA.cos Θ) = NBA sen Θ (d Θ /dt) = NBA ω sen ω t

A animação acima será a representação de um gerador de corrente contínua (DC).
Tal como no motor DC, as extremidades da bobina ligam-se a um anel dividido em partes, cujas duas partes estão em contacto com as escovas.
Repare que as escovas e o anel dividido em partes ‘rectificam’ a f.e.m. produzida: os contactos são montados de tal forma que a corrente flui sempre no mesmo sentido, porque quando a rotação da bobina passa o ponto morto do anel, onde as escovas encontram o intervalo entre o anel e deixam momentaneamente de fazer contacto, as ligações entre as extremidades da bobina e os terminais externos, são invertidas.

A f.e.m. (desprezando o ponto morto, que, convenientemente, acontece nos zero volts) é |NBA ω sen ω t|, como desenhado no gráfico da animação.