ESCOLA TÉCNICA FEDERAL DE PALMAS

Ministério da Educação
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
Campus Curitiba
DAELT – Departamento Acadêmico de Eletrotécnica
Cursos de Engenharia Elétrica e Engenharia de Controle e Automação
Experiência 5: Geradores elétricos.
Objetivos:
-
Determinar, experimentalmente, a resistência interna, a força eletromotriz e a corrente
de curto circuito de um gerador.
Teoria
Geradores elétricos são dispositivos que mantêm entre seus terminais uma diferença
de potencial, obtida a partir de uma conversão de outro tipo de energia em energia elétrica.
Essa conversão pode ser feita de várias formas, destacando-se os geradores que
transformam energia mecânica, química e térmica em energia elétrica, denominados
respectivamente de geradores eletromecânicos, eletroquímicos e eletrotérmicos.
Como exemplo de geradores eletroquímicos temos as pilhas e baterias, que a partir de
uma reação química separam as cargas elétricas positivas das negativas, provocando o
aparecimento de uma tensão elétrica entre dois terminais denominados pólos.
Como geradores eletromecânicos temos os dínamos e os alternadores, que a partir de
um movimento mecânico geram respectivamente energia elétrica contínua e alternada.
Como geradores termoelétricos temos o par termoelétrico em que dois metais
diferentes recebem calor e proporcionalmente geram uma tensão entre seus terminais.
Um gerador elétrico alimentando uma carga deve fornecer tensão e corrente que esta
exigir. Portanto, na realidade, o gerador fornece tensão e corrente.
O gerador ideal é aquele que fornece uma tensão constante, denominada de Força
Eletromotriz (E), qualquer que seja a corrente exigida pela carga. Seu símbolo e sua curva
característica, tensão em função da corrente, são mostradas na figura 5.1.
V
E
E
V
I
(a)
0
(b)
I
Figura 5.1 – (a) Gerador ideal; (b) Curva característica de um gerador ideal.
Disciplina de Circuitos elétricos A
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O gerador real perde energia internamente, portanto a tensão de saída não será
constante, sendo atenuada com o aumento da corrente exigida pela carga. Podemos
representar essa perda por uma resistência interna (r) e, conseqüentemente, o gerador ideal
como um gerador ideal em série com esta resistência, conforme mostra a figura 5.2.
r
V
E
Figura 5.2 – Gerador real
Do circuito equivalente ao gerador real, observamos que a resistência interna causa
uma queda de tensão de saída, quando ele estiver alimentando uma carga. Esta situação é vista
na figura 5.3.
I
r
Vr
V
RL
E
Figura 5.3 – Gerador real alimentando uma carga
Aplicando a lei de ohm, podemos escrever:
I
E
;
r  RL
E  ( r  RL ) * I ;
E  r * I  RL * I .
Onde: RL * I  V  V  E  r * I  Equação do gerador real.
Da equação obtemos a curva característica do gerador real, que é vista na figura 5.4.
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V
E
0
I
Figura 5.4 – Característica de um gerador real
Pela curva notamos que, ao aumentarmos o valor da corrente, a tensão diminui, e
quando ela atingir o valor zero, temos o valor um valor de corrente que é denominada de
corrente de curto circuito (ICC), pois nessas condições o gerador encontra-se curto circuitado.
A característica completa é mostrada na figura 5.5.
V
E
0
I cc I
Figura 5.5 – Característica completa de um gerador real
Na condição de curto circuito, temos que:
V  E r*I ;
0  E  r * I CC ;
I CC 
E
.
r
A corrente de curto circuito, bem como a resistência interna do gerador, deve ser
obtida experimentalmente, ou seja, levantando a curva característica do gerador e extraindo
dela esses dois parâmetros, conforme é mostrado na figura 5.6.
V
E
V

0
L
I
Figura 5.6 – Curva característica de um gerador real
r  tg ( ) 
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V
E
e I CC 
L
r
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Parte prática
Material utilizado
-
Fonte variável;
-
Resistor de 100Ω/1,15W;
-
Década resistiva;
-
Multímetro.
Montagem
1 – Monte o circuito da figura 5.7. Ajuste a tensão da fonte para 10V.
A
100()
Década
resistiva
10V
B
Figura 5.7
2 – Meça a tensão entre os pontos A e B com a década de resistores desconectada. Anote esse
valor na tabela 5.1.
Tabela 5.1
E(V)
3 – Ajuste a resistência da década de acordo com a tabela 5.2. Meça e anote, para cada valor,
a tensão e a corrente na carga.
Tabela 5.2
R()
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
V(V)
I(mA)
4 – Com os dados obtidos na tabela 5.2 construa a curva característica do gerador V = f(I).
5 – Determine as resistências internas e as correntes de curto circuito por intermédio das
curvas.
6 – Escreva as equações dos geradores.
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