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Um gerador DC auto-excitado de derivação enrolada é mostrado à esquerda, e um gerador DC magneto com ímãs de campo permanente é mostrado à direita. A saída do gerador shunt-wound varia com o consumo de corrente, enquanto a saída do magneto é estável independentemente das variações de carga.

Um gerador CC autoexcitado com ímanes de campo bipolar. Geradores de excitação separada como este são comumente usados para usinas de transmissão de energia em larga escala. O gerador menor pode ser um magneto com ímãs de campo permanente ou outro gerador auto-excitado.

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Uma bobina de campo pode ser conectada em shunt, em série ou em composto com a armadura de uma máquina DC (motor ou gerador).

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Para uma máquina que utiliza bobinas de campo, como é o caso da maioria dos grandes geradores, o campo deve ser estabelecido por uma corrente para que o gerador produza eletricidade. Embora parte da produção do próprio gerador possa ser usada para manter o campo uma vez que ele arranca, uma fonte externa de corrente é necessária para o arranque do gerador. Em qualquer caso, é importante ser capaz de controlar o campo, uma vez que isto irá manter a tensão do sistema.

Princípio do amplificadorEditar

Exceto para geradores de ímãs permanentes, um gerador produz uma tensão de saída proporcional ao campo magnético, que é proporcional à corrente de excitação; se não houver corrente de excitação não há tensão.

Uma pequena quantidade de energia fornecida como corrente de campo pode assim controlar uma grande quantidade de energia gerada e pode ser usada para a modular. Este princípio é muito útil para o controle da tensão: se a tensão de saída do sistema for inferior à desejada, a corrente de excitação pode ser aumentada; se a tensão de saída for alta, a excitação pode ser diminuída. Um condensador síncrono opera com o mesmo princípio, mas não há entrada de potência “prime mover”; no entanto, a inércia rotacional significa que ele pode enviar ou receber potência em curtos períodos de tempo. Para evitar danos à máquina através de mudanças erráticas de corrente, um gerador de rampa é frequentemente utilizado. Um gerador pode assim ser considerado como um amplificador:

Excitação separadaEditar

Alternador do conjunto gerador diesel dos anos 30, com dínamo de excitação acima de

Para geradores grandes, ou mais antigos, é usual que um dínamo de excitação separado seja alimentado em paralelo com o gerador de potência principal. Este é um pequeno dínamo de excitação permanente ou a bateria que produz a corrente de campo para o gerador maior.

Auto excitaçãoEditar

Geradores modernos com bobinas de campo são normalmente auto-excitados; ou seja, parte da potência de saída do rotor é usada para alimentar as bobinas de campo. O ferro de rotor retém um grau de magnetismo residual quando o gerador é desligado. O gerador é iniciado sem carga conectada; o campo fraco inicial induz uma corrente fraca nas bobinas do rotor, que por sua vez cria uma corrente de campo inicial, aumentando a força do campo, aumentando assim a corrente induzida no rotor, e assim por diante num processo de feedback até que a máquina “acumule” até a tensão total.

Energização de partida

Geradores auto-excitados devem ser iniciados sem qualquer carga externa conectada. A carga externa afundará a energia elétrica do gerador antes que a capacidade de gerar energia elétrica possa aumentar.

Field flashingEdit

Se a máquina não tiver magnetismo residual suficiente para acumular até a tensão total, normalmente é feita uma provisão para injetar corrente no rotor a partir de outra fonte. Esta pode ser uma bateria, uma unidade de casa fornecendo corrente contínua, ou corrente rectificada a partir de uma fonte de corrente alternada. Como essa corrente inicial é necessária por um tempo muito curto, ela é chamada de intermitência de campo. Mesmo pequenos grupos geradores portáteis podem ocasionalmente precisar de piscar o campo para reiniciar.

A resistência de campo crítica é a resistência máxima do circuito de campo para uma determinada velocidade com a qual o gerador de derivação excitaria. O gerador shunt só irá aumentar a tensão se a resistência do circuito de campo for menor que a resistência do campo crítico. É uma tangente às características de circuito aberto do gerador a uma dada velocidade.

Excitação BrushlessEdit

Excitação Brushless cria o fluxo magnético no rotor das máquinas eléctricas sem a necessidade de escovas de carbono. Normalmente é usado para reduzir os custos de manutenção regular e para reduzir o risco de brush-fire. Foi desenvolvido na década de 1950, como resultado dos avanços dos dispositivos semicondutores de alta potência. O conceito era utilizar um retificador de diodo rotativo no eixo da máquina síncrona para colher tensões alternadas induzidas e retificá-las para alimentar o enrolamento do campo gerador.

Excitação sem escovas tem sido historicamente carente da rápida desregulação do fluxo, o que tem sido um grande inconveniente. No entanto, novas soluções têm surgido. Os circuitos rotativos modernos incorporam componentes ativos de desexcitação no eixo, ampliando a ponte passiva do diodo. Além disso, seus recentes desenvolvimentos na comunicação sem fio de alto desempenho realizaram topologias totalmente controladas no eixo, como os retificadores de tiristores e interfaces de corte.