O alternador utiliza o princípio da indução eletromagnética para converter a energia mecânica gerada pelo motor, que aciona o eixo do gerador, em energia elétrica para a saída do produto.
De acordo com a lei da indução eletromagnética de Faraday, quando o fluxo magnético (o número de linhas de campo magnético) que atravessa a área delimitada por uma espira fechada varia (há movimento relativo entre o condutor e o campo magnético), uma força eletromotriz induzida é gerada na espira. Se a espira for um condutor fechado, uma corrente induzida será gerada.
O alternador é projetado e fabricado com base no princípio acima, mas o campo magnético do alternador é um campo eletromagnético. Quando uma corrente de direção fixa passa por duas escovas de carvão (por exemplo, a corrente entra na escova de carvão A e sai na escova de carvão B), um campo magnético é gerado próximo à bobina. A direção do campo magnético é determinada pela regra da mão direita. Para aumentar a intensidade do campo magnético, um material de ferro macio é inserido no centro da bobina. Quando a corrente passa por ele, forma-se um ímã. As linhas do campo magnético ao redor do ímã partem do polo N e retornam ao ímã pelo polo S, formando uma espira. Um eixo é fixado ao material de ferro macio. Quando o motor aciona esse eixo, um campo magnético rotativo é formado, causando movimento relativo entre o fio e o campo magnético.
As características de um alternador
Características dos geradores CA (em comparação com os geradores CC):
Caracteriza-se por seu tamanho reduzido, peso leve e economia de material de cobre.
2. Estrutura simples, operação confiável, manutenção conveniente e longa vida útil;
3. O motor apresenta bom desempenho de carregamento em baixa velocidade (a força eletromotriz é estabelecida por meio de excitação externa).
4. Vantagens como baixa interferência de rádio;
5. A estrutura do regulador utilizado é simples (apenas um regulador de tensão, que por si só possui as funções de limitação e corte de corrente).
Classificação de alternadores
(1) De acordo com diferentes estruturas gerais
① Alternador comum
② Alternador integral
③ Gerador CA com bomba
④ Alternador sem escovas
⑤ Alternador de ímã permanente
(2) De acordo com as diferentes estruturas dos retificadores
① Gerador de seis tubos
② Gerador de oito tubos
③ Gerador de nove tubos
④ Gerador de onze tubos
(3) De acordo com os diferentes tipos de aterramento dos enrolamentos do campo magnético
① Tipo de ferro embutido
② Tipo de ferro externo
A estrutura de um alternador
1. Rotor: É a parte do gerador responsável pelo campo magnético (gerando um campo magnético rotativo), composto principalmente por dois polos em forma de garra, enrolamentos de campo magnético, eixos e anéis deslizantes, etc.
Dois polos de garra são encaixados sob pressão no eixo do rotor. A cavidade dos polos de garra é equipada com um núcleo magnético e enrolada com um enrolamento de campo magnético. Os dois terminais do enrolamento de campo magnético são soldados respectivamente a dois anéis coletores de cobre isolados do eixo. Duas escovas estão em contato com os anéis coletores, introduzindo uma fonte de alimentação CC no enrolamento de campo magnético. Quando a corrente de excitação passa pelo enrolamento de campo magnético, um campo magnético é gerado. Entre os polos de garra magnetizados, um é o polo N e o outro é o polo S, formando assim de 4 a 8 pares de polos magnéticos (o alternador da série JF, fabricado no Brasil, possui 6 pares de polos magnéticos).
O objetivo de projetar os polos da garra do rotor em formato de bico de pássaro é fazer com que o campo magnético apresente uma distribuição senoidal, de modo que a força eletromotriz induzida gerada pelo enrolamento da armadura tenha uma forma de onda senoidal mais adequada.
2. Estator: É a parte da armadura do gerador (o estator também é conhecido como armadura, responsável pela geração de corrente alternada trifásica), composto pelo núcleo do estator e enrolamentos de armadura trifásicos simétricos, fixados entre as duas tampas laterais. O núcleo do estator é composto por lâminas de aço silício em formato de anel, mutuamente isoladas, com ranhuras no círculo interno, empilhadas umas sobre as outras. Os enrolamentos da armadura trifásica são geralmente conectados em configuração estrela, mas também existem alguns alternadores conectados em configuração triângulo.
3. Tampa traseira e ventoinha de refrigeração
As tampas laterais são divididas em tampa frontal (tampa da extremidade de acionamento) e tampa traseira (tampa da extremidade retificadora).
Sua função é instalar rolamentos e outros componentes, suportar o eixo do rotor e vedar os componentes internos.
É fabricado por fundição sob pressão de liga de alumínio ou fundição em molde de areia. Como a liga de alumínio é um material não magnético, ela pode reduzir a fuga magnética e tem as vantagens de ser leve e ter bom desempenho de dissipação de calor.
Características de funcionamento de um alternador
As características de funcionamento de um alternador referem-se à relação entre a tensão CC, a corrente e a velocidade de rotação geradas pelo alternador após a retificação, incluindo as características de saída, as características em vazio e as características externas. Dentre elas, as características de saída são de grande importância.
I. Características de saída
As características de saída de um alternador, também conhecidas como características de carga ou características de corrente de saída, referem-se à relação entre a corrente de saída de um gerador e sua velocidade de rotação quando a tensão de saída do gerador é constante (14 V para um sistema de 12 V e 28 V para um sistema de 24 V), ou seja, a curva I = f(n) quando a tensão de saída U é constante. As características de saída do alternador (que podem ser medidas experimentalmente) são mostradas na figura.
II. Características em vazio
A relação entre a tensão terminal do gerador e sua velocidade de rotação quando o gerador está sem carga é chamada de característica sem carga. Ou seja, a relação funcional de U=f(n) quando I=0.
III. Características externas
Quando a velocidade de rotação é constante, a relação entre a tensão terminal do gerador e a corrente de saída é chamada de característica externa, ou seja, a relação funcional de U=f(I) quando n é uma constante.
A curva característica de saída I = f(n) indica que:
1. Velocidade de rotação <” Em n1, a tensão nos terminais do gerador é inferior à tensão nominal e não consegue fornecer energia externamente. Quando a velocidade de rotação é n1, a tensão atinge o valor nominal. Quando a velocidade de rotação é superior a n1, o gerador fornece energia externamente na tensão nominal.
n1 - velocidade sem carga (quando I=0 e U= tensão nominal), o valor da velocidade sem carga n1 é a principal base para a escolha da relação de velocidade do gerador para o motor. Geralmente, n1 deve ser igual ou ligeiramente superior à velocidade de marcha lenta do motor.
Quando a velocidade de rotação é maior que n1, a corrente de saída do gerador aumenta com o aumento da velocidade de rotação e diminui com a redução da velocidade de rotação. Quando a velocidade de rotação é n2, o gerador fornece a potência nominal (o produto da tensão nominal pela corrente nominal) ou a corrente nominal.
n2 - Velocidade de plena carga (ou velocidade nominal). Geralmente, o valor de n2 selecionado deve ser inferior à velocidade máxima do motor e igual ou ligeiramente superior à velocidade normalmente utilizada pelo motor.
Quando a velocidade de rotação do gerador atinge um determinado valor, a corrente de saída deixa de aumentar com o aumento da velocidade de rotação ou com a diminuição da resistência da carga. Ou seja, o gerador possui a capacidade de autoproteção para limitar automaticamente a corrente. O valor da corrente nesse instante é denominado corrente de saída nominal ou corrente limite do gerador (aproximadamente 1,5 vezes a corrente nominal).
A velocidade sem carga e a velocidade com carga total são os principais indicadores de desempenho dos alternadores, ambos especificados no manual do produto. Ao medir esses dois dados durante o uso e compará-los com os valores especificados, é possível determinar se o desempenho do alternador é adequado.
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Data da publicação: 26/12/2025