Explique, com suas palavras, como se dá o funcionamento de um gerador de corrente contínua, o processo de auto-excitação do gerador, e indique as perdas presentes no processo.
Passo 1
Beleza, então o enunciado pede três coisas:
- Como funciona um gerador de corrente contínua (DC),
- Como rola o processo de auto-excitação dele,
- Quais são as perdas envolvidas.
Isso é tudo do assunto “máquinas elétricas” – mais especificamente “geradores DC”. Para entender a resolução, vamos precisar lembrar da Lei de Faraday (indução eletromagnética), do conceito de fluxo magnético Φ, e da parte prática de enrolamentos e comutador.
Passo 2
Funcionamento básico do gerador DC
Imagina um enrolamento (o armadura) girando dentro de um campo magnético criado por ímãs permanentes ou por uma bobina (campo).
Imagina um enrolamento (o armadura) girando dentro de um campo magnético criado por ímãs permanentes ou por uma bobina (campo).
- A Lei de Faraday diz que, ao cortar linhas de fluxo Φ com velocidade angular ω, surge uma fem induzida:
onde k é uma constante que depende do número de espiras e da geometria. - Esse E é uma tensão alternada na armadura, mas o comutador (coletor de escovas) faz o “vira-volta” dos terminais, entregando uma tensão praticamente contínua na saída.
Resumindo, giro → variação de fluxo nas bobinas → geração de tensão contínua.
Passo 3
Processo de auto-excitação
- No arranque, sempre sobra um “magnetismo residual” no ferro do campo.
- Quando você fecha o circuito de campo (liga a fonte interna da própria saída do gerador nos enrolamentos de campo), esse residual gera uma pequena tensão na armadura.
- Essa tensão circula, vai para as bobinas de campo, aumenta o fluxo Φ um tiquinho, o que aumenta E, que aumenta corrente de campo… e assim por diante, até chegar a um ponto de equilíbrio (saturação magnética ou resistência de campo).
Em outras palavras, o gerador “se alimenta sozinho” usando o resíduo de magnetismo para subir a tensão até o valor nominal.
Passo 4
Principais perdas no processo
- Perdas no cobre (Perdas Joule):
- Armadura:
- Campo:
- Armadura:
- Perdas no ferro (Perdas magnéticas):
- Histéreses e correntes de Foucault nos tecidos de chapas do núcleo.
- Perdas mecânicas:
- Atrito dos rolamentos e escovas,
- Respingamento de ar (ventilação), também chamado windage.
- Perdas de comutação (faíscas nas escovas):
- Pequeno arco elétrico que gera calor e desgaste.
Resposta
Então, resumindo tudo de forma direta:
– O gerador DC converte energia mecânica em tensão contínua girando uma armadura num campo magnético e usando um comutador.
– A auto-excitação acontece porque o magnetismo residual gera uma corrente de campo inicial, que realimenta o fluxo e eleva a tensão até o ponto de equilíbrio.
– As perdas mais importantes são as Joule no cobre, as magnéticas (histerese e Foucault), as mecânicas (atrito e ventilação) e as de comutação nas escovas.
– O gerador DC converte energia mecânica em tensão contínua girando uma armadura num campo magnético e usando um comutador.
– A auto-excitação acontece porque o magnetismo residual gera uma corrente de campo inicial, que realimenta o fluxo e eleva a tensão até o ponto de equilíbrio.
– As perdas mais importantes são as Joule no cobre, as magnéticas (histerese e Foucault), as mecânicas (atrito e ventilação) e as de comutação nas escovas.