Gerador elétrico, também chamado dínamo, qualquer máquina que converte energia mecânica em eletricidade para transmissão e distribuição em linhas de energia para clientes domésticos, comerciais e industriais. Os geradores também produzem a energia elétrica necessária para automóveis, aeronaves, navios e trens.
A potência mecânica de um gerador elétrico é normalmente obtida de um eixo rotativo e é igual ao torque do eixo multiplicado pela velocidade rotacional ou angular. A energia mecânica pode vir de várias fontes: turbinas hidráulicas em barragens ou cachoeiras; turbinas eólicas; turbinas a vapor que utilizam vapor produzido com calor da combustão de combustíveis fósseis ou da fissão nuclear; turbinas a gás queimando gás diretamente na turbina; ou motores a gasolina e diesel. A construção e a velocidade do gerador podem variar consideravelmente, dependendo das características do acionador mecânico primário.
Quase todos os geradores usados para fornecer redes de energia elétrica geram corrente alternada, que reverte a polaridade em uma frequência fixa (geralmente 50 ou 60 ciclos, ou reversões duplas, por segundo). Como vários geradores estão conectados a uma rede de energia, eles devem operar na mesma frequência para geração simultânea. Eles são, portanto, conhecidos como geradores síncronos ou, em alguns contextos, alternadores.
Geradores síncronos
Um dos principais motivos para a seleção de corrente alternada para redes de energia é que sua variação contínua com o tempo permite o uso de transformadores. Esses dispositivos convertem energia elétrica em qualquer voltagem e corrente gerada em alta voltagem e baixa corrente para transmissão de longa distância e depois a transformam em baixa voltagem adequada para cada consumidor individual (normalmente 120 ou 240 volts para serviço doméstico). A forma particular de corrente alternada usada é uma onda senoidal, que tem a forma mostrada na Figura 1. Esta foi escolhida porque é a única forma repetitiva para a qual duas ondas deslocadas uma da outra no tempo podem ser adicionadas ou subtraídas e têm a forma mesma forma ocorre como resultado. O ideal é ter todas as tensões e correntes de forma senoidal. O gerador síncrono foi projetado para produzir essa forma com a maior precisão possível. Isso ficará aparente à medida que os principais componentes e características desse gerador forem descritos abaixo.
Rotor
Um gerador síncrono elementar é mostrado na seção transversal da Figura 2. O eixo central do rotor é acoplado ao motor primário mecânico. O campo magnético é produzido por condutores, ou bobinas, enrolados em fendas cortadas na superfície do rotor de ferro cilíndrico. Esse conjunto de bobinas, conectado em série, é conhecido como enrolamento de campo. A posição das bobinas de campo é tal que o componente radial ou direcionado para o exterior do campo magnético produzido no intervalo de ar para o estator é distribuído aproximadamente sinusoidalmente em torno da periferia do rotor. Na Figura 2, a densidade de campo no espaço aéreo é máxima para fora no topo, máxima para dentro na parte inferior e zero nos dois lados, aproximando-se de uma distribuição sinusoidal.
Estator
O estator do gerador elementar na Figura 2 consiste em um anel cilíndrico feito de ferro para fornecer um caminho fácil para o fluxo magnético. Nesse caso, o estator contém apenas uma bobina, os dois lados sendo acomodados em fendas no ferro e as extremidades sendo conectadas por condutores curvos ao redor da periferia do estator. A bobina normalmente consiste em várias voltas.
Quando o rotor é girado, uma tensão é induzida na bobina do estator. A qualquer momento, a magnitude da tensão é proporcional à taxa na qual o campo magnético cercado pela bobina está mudando com o tempo - isto é, a taxa na qual o campo magnético passa pelos dois lados da bobina. A tensão será, portanto, máxima em uma direção quando o rotor girar 90 ° a partir da posição mostrada na Figura 2 e será máxima na direção oposta 180 ° depois. A forma de onda da tensão será aproximadamente da forma senoidal mostrada na Figura 1.
