O que são Geradores DC Auto-Excitados?

O que são Geradores DC Auto-Excitados?

Gerador DC auto-excitado

Um gerador DC moderno com uma bobina de excitação é um gerador auto-excitado, que começa com a corrente inicial na bobina de excitação. Quando o gerador está desligado, uma pequena força magnética é gerada no ferro do rotor, o que induz uma força eletromotriz no armadura e, portanto, gera uma corrente nas bobinas de campo. Inicialmente, o campo magnético fraco produz uma corrente pequena na bobina, mas para manter a auto-excitação, o fluxo magnético adicional aumenta a força eletromotriz no rotor, então a tensão é constantemente aumentada até que a máquina esteja totalmente carregada.

Mecanismo de funcionamento

Uma pequena quantidade de magnetismo é retida no ferro do rotor. Este campo magnético residual no polo principal induz uma força eletromotriz na bobina do estator, que gera uma corrente inicial na bobina de campo.

A pequena corrente fluindo pela bobina reforça o campo magnético. Como resultado, a tensão de saída e a corrente de campo aumentam. Este ciclo continua até que a força eletromotriz no armadura ultrapasse a queda de tensão nos dois extremos da bobina de excitação. No entanto, após atingir um certo nível, o polo de campo se torna saturado, momento em que o equilíbrio elétrico é alcançado, a força eletromotriz do armadura não aumenta mais e a corrente não aumenta. A resistência da bobina de excitação tem um valor fixo, no qual a auto-excitação pode ser realizada. Este valor de resistência pode variar conforme os parâmetros elétricos do gerador.

Tipo de gerador DC

Os geradores DC são principalmente divididos em enrolamento em série, enrolamento em paralelo e enrolamento composto, cada um com diferentes arranjos de bobina e características de regulagem de tensão.

Geradores de Enrolamento em Série

Nos geradores de enrolamento em série, o campo e o enrolamento do armadura estão conectados em série, permitindo que a corrente flua tanto pelo circuito externo quanto pelos enrolamentos. A bobina de campo tem baixa resistência e consiste em poucas voltas de fio grosso, o que aumenta o fluxo de corrente à medida que a resistência da carga diminui.

Como resultado, o campo magnético e a tensão de saída aumentam no circuito. Neste tipo de gerador, a tensão de saída varia diretamente em relação à corrente de carga, o que não é necessário na maioria das aplicações. Por essa razão, esse tipo de gerador é raramente usado.

Geradores DC de Enrolamento em Paralelo

Nos geradores de enrolamento em paralelo, o enrolamento de campo está conectado em paralelo ao armadura, mantendo a tensão constante no circuito. O enrolamento de campo possui muitas voltas para obter alta resistência, limitando a corrente que passa por ele e direcionando o restante para a carga.

Nos geradores de enrolamento em paralelo, como estão conectados em paralelo, as correntes nas ramificações paralelas são independentes entre si. Portanto, a tensão de saída é quase constante e, se varia, varia inversamente em relação à corrente de carga. Isso ocorre devido à queda de tensão à medida que a resistência do armadura aumenta. 

Gerador de Enrolamento Composto

O gerador de enrolamento composto é uma versão avançada dos geradores de enrolamento em série e em paralelo. O princípio de funcionamento do gerador é a combinação dos dois tipos, de modo a superar as desvantagens de ambos. Ele possui ambos os tipos de enrolamento: campo em série e campo em paralelo. Com base em suas conexões, os geradores de enrolamento composto são de dois tipos: gerador composto de curto paralelo e gerador composto de longo paralelo.

 Gerador Composto de Longo Paralelo

Aqui, o enrolamento de campo em paralelo está conectado em paralelo apenas ao armadura, conforme mostrado na figura. O enrolamento em série é então conectado em série.

 Gerador Composto de Curto Paralelo

Aqui, o enrolamento de campo em paralelo está conectado em paralelo apenas ao armadura, conforme mostrado na figura. O enrolamento em série é então conectado em série.

Vantagens do Gerador DC Composto

No gerador composto, a tensão do armadura diminui automaticamente quando a corrente de carga aumenta, devido ao qual o campo magnético produzido pelo enrolamento em paralelo diminui. Mas o mesmo aumento na corrente de carga que flui pelo enrolamento em série causa um aumento no campo magnético. Assim, a diminuição do campo magnético no campo em paralelo é compensada pelo aumento no campo magnético no campo em série. Dessa forma, a tensão de saída permanece constante, conforme mostrado na figura.

 Gerador DC Composto Comutativo e Diferencial

Como o gerador de enrolamento composto possui ambos os campos - campo em paralelo e campo em série, sua combinação faz muita diferença. Quando o campo em série auxilia o campo em paralelo, seu impacto é maior e é dito ser composto comutativamente. Por outro lado, se o campo em série opõe-se ao campo em paralelo, então seu impacto é menor e é dito ser um gerador composto diferencial.