Gerador de tensão

Uma fonte de tensão ou gerador de tensão é qualquer dispositivo ou sistema que gere uma força eletromotriz entre seus terminais ou derive uma tensão secundária de uma fonte primária de força eletromotriz. Uma fonte de tensão primária pode suprir (ou absorver) energia a um circuito, enquanto uma fonte de tensão secundária dissipa energia de um circuito. Um exemplo de fonte primária é uma bateria, enquanto um exemplo de fonte secundária é um regulador de tensão. Em teoria de circuitos elétricos, a fonte de tensão é o dual de uma fonte de corrente.

Considera-se que um gerador de tensão ideal é aquele que gera tensão sempre constante, independentemente da corrente por ele fornecida ao circuito. Nesse caso, a impedância interna do gerador é nula.

Entretanto, para um gerador de tensão real, há desvios das características ideais, uma vez que os elementos que o formam apresentam diversos tipos de perdas, sendo a mais importante a perda por efeito Joule. O gerador de tensão real pode ser modelado associando-se a perda por efeito Joule a uma resistência interna R_i em série com o gerador ideal E. Se nenhuma carga é ligada ao gerador, não há queda de tensão na resistência interna, pois não há corrente elétrica, sendo a perda nula:

$\ V_{s}=E$.

Se uma carga qualquer R_L é ligada à saída do gerador, o mesmo fornecerá uma corrente elétrica I_S à carga, fazendo com que haja uma queda de tensão na resistência interna:

$\ V_{I}=R_{I}.I_{S}$

Dessa forma, a tensão de saída será menor que a tensão E:

$\ V_{S}<E$

A equação característica de um gerador de tensão real pode ser obtida aplicando-se a Segunda Lei de Kirchhoff na malha formada pelo gerador ideal E, pela resistência interna R_I e pela carga R_L:

$\ V_{S}=E-R_{I}.I_{S}$

Nesse caso, quanto menor a resistência interna do gerador, menor é a perda e, portanto, melhor é o rendimento do gerador.

A potência elétrica fornecida ao circuito P_E é dada por:

$\ P_{E}=V_{S}.I_{S}$

A potência motriz do gerador P_M não é necessariamente elétrica, já que o gerador poderia ter outra natureza, como química, eletromecânica, solar, etc. Tal potência é dada por:

$\ P_{M}=E.I_{S}$

A potência dissipada pelo gerador P_J é proveniente da perda por efeito Joule e é dada por:

P_J = R_I * I_S²

Assim, tem-se que:

$\ P_{E}=P_{M}+P_{J}$

O rendimento n de um gerador é a relação entre a potência elétrica de saída e a potência motriz efetivamente fornecida à carga:

$\ n=P_{E}/P_{M}$

$\ n=V_{S}/E$

Como a relação entre potência elétrica e corrente é parabólica, existe um ponto quiescente em que ocorre a máxima transferência de potência do gerador para a carga P_EQM. Tal transferência máxima ocorre quando a corrente é a metade da corrente de curto-circuito I_CC ou quando a tensão na carga é a metade da tensão E do gerador, ou seja:

I_SQM = I_CC / 2.

V_SQM = E / 2

Entretanto, para que isso ocorra, é necessário que a resistência de carga R_LQM seja igual à resistência interna do gerador R_I, uma vez que esses formam um divisor de tensão. Assim, a máxima transferência de potência ocorre quando:

R_LQM = R_I

A potência máxima:

P_EQM = E² / 4 R_I

Isso significa que a máxima transferência de potência ocorre quando o rendimento do gerador é 50%.

Da mesma forma, é possível determinar em que condições haverá a máxima transferência de tensão E do gerador para a sua saída, quando o mesmo estiver alimentado por uma carga R_L. Para que V_S seja o mais próximo possível de E (condição de máxima transferência de tensão), é necessário utilizar uma carga muito maior que a resistência do gerador, ou seja, R_L >> R_I, o que torna desprezível R_I em relação a R_L, ou seja:

V_S =~ E

Ver também

• Associação de geradores de tensão, em série ou paralelo.
• Fonte de corrente

Ligações externas

• «Associação de geradores». - www.infoescola.com