O alternador, como o dínamo, transforma energia mecânica em energia elétrica. A forma da saída (do alternador e do dínamo), entretanto, é diferente. A corrente gerada pelo dínamo flui sempre na mesma direção durante todo o tempo, enquanto que a do alternador muda de direção, numa velocidade constante, em forma de uma onda senoidal. Uma corrente alternada desse tipo eleva-se a um valor máximo, cai a zero, sobe ao máximo da direção oposta e cai, novamente, a zero. Este ciclo é repetido 50 ou 60 vezes por segundo, num alternador típico de usina elétrica, ou seja, numa frequência de 50 ou 60 Hz.
Alternador automotivo
O alternador mais simples se parece muito com um dínamo comum: um círculo de fio gira entre os pólos de um ímã permanente, sendo a corrente retirada do círculo de fio através de dois anéis metálicos, isolados do eixo, contra os quais se apoiam as escovas — blocos de cai vão montados sobre suportes com molas. A direção do fluxo da corrente dependerá da maneira pela qual cada metade do circuito corte as linhas de força do campo magnético. À medida que uma das metades cruzar descendentemente o pólo norte do ímã, a corrente fluirá numa direção, comportando-se de maneira inversa ao subir, cruzando o pólo sul. Um ciclo completo será gerado quando o circuito fizer uma rotação completa de 360°. Assim, para se conseguir uma corrente alternada de 60 Hz, o circuito deverá efetuar 3 600 rotações por minuto.
Alternador em usinas elétricas
Em usinas elétricas — ou mesmo em pequenos alternadores de modernos automóveis — a função do círculo de fio giratório (rotor) e a do ímã permanente (estator) são invertidas. Dessa forma, o alternador pode ser imaginado essencialmente como um ímã (na prática, um eletroímã), girando dentro de bobinas de fios. Há duas razões principais para que o aparelho seja organizado dessa forma. O calor gerado pelo rotor, como um subproduto da energia elétrica, dificilmente seria removido, o que não acontece com um estator fixo. Além disso, a condução de grandes correntes elétricas através dos anéis e escovas traz problemas graves.
Em máquinas maiores, grande quantidade de calor é gerada através de causas elétricas e mecânicas, tanto no estator como no rotor, havendo a necessidade de se incorporar meios eficientes de refrigeração. Nas máquinas modernas, o estator fixo é refrigerado a água, que corre em tubulações paralelas aos fios condutores, enquanto que a refrigeração do rotor se processa com hidrogênio, um meio eficiente que ajuda a reduzir pesos desnecessários.
Atingir uma velocidade de 3.600 rotações por minuto não constitui problema em usinas térmicas onde são utilizadas turbinas a vapor. O rotor é um eletroímã de dois pólos que gira naquela velocidade. A simplicidade desse arranjo mantém uma alta eficiência a um baixo custo de produção. Construído geralmente com aço de grande resistência, o rotor apresenta ranhuras usinadas ao longo de seu comprimento, destinadas a receber as bobinas de campo e seus respectivos tubos de refrigeração a hidrogênio. Quando atingir altas velocidades constitui problema, como nas turbinas mais lentas de certas usinas hidrelétricas, a quantidade de pólos é aumentada. Para a mesma freqüência de saída, quatro pólos permitiriam que a velocidade fosse reduzida a 1.800 rpm; oito pólos, a 900 rpm, e assim por diante.
A essas velocidades, o peso do rotor torna-se menos crítico. Nas máquinas de múltiplos pólos, os rotores tendem a ser maiores em diâmetro e menores no comprimento do que seus equivalentes de dois pólos, facilitando assim a refrigeração. Para manter a mesma voltagem anterior, o número de enrolamento em cada bobina estatora deve ser duplicado ou quadruplicado.
Em ambos os tipos de rotores, a corrente de magnetização tem que ser gerada externamente por outra máquina. Normalmente, o excitador externo é montado no mesmo eixo, girando à mesma velocidade do rotor alternador. O excitador pode gerar corrente alternada que passa então por um retificador, para dar a correr contínua requerida, ou gera desde o início a correr, contínua. Em cada caso, a corrente é normalmente introduzida no rotor do alternados através de escova anéis deslizantes. Isso não representa grandes problemas em pequenos alternadores, pois a potência exigida pelo rotor é relativamente pequena — usualmente cerca de 2% da que é gerada no estator. Mas em máquinas muito grandes, de até 1 000 megawatts, mesmo esses 2% (20 megawatts) constituem uma potência considerável a ser transmitida através dos anéis deslizam.
Por essa razão, as grandes máquinas utiliza excitadores de corrente alternada, com o rotor operar com o gerador, e o estator como fonte de campo magnético — ao contrário do que acontece no alternados principal — de tal forma que a – potência possa ser alienada ao longo do eixo do alternador principal, sem necessidade de anéis. Nesses casos, o eixo deve conter um retificador.
Para que independa de suprimento de energia externa, a corrente contínua necessária ao campo magnético do excitador é, muitas vezes, obtida de um gerador menor, com campo de ímã permanente.
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