Gerador de tensão
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O gerador de tensão é um dos dispositivos que fornecem tensão a um circuito elétrico.
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 caracerísticas 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 Ri 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:
Vs = E
Se uma carga qualquer RL é ligada à saída do gerador, o mesmo fornecerá uma corrente elétrica IS à carga, fazendo com que haja uma queda de tensão na resistência interna:
VI = RI * IS
Dessa forma, a tensão de saída será menor que a tensão E:
VS < 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 RI e pela carga RL:
VS = E - RI * IS
Nesse caso, quanto menor a ressistência interna do gerador, menor é a perda e, portanto, melhor é o rendimento do gerador.
A potência elétrica fornecida ao circuito PE é dada por:
PE = VS * IS
A potência motriz do gerador PM não é necessariamente elétrica, já que o gerador poderia ter outra natureza, como química, eletromecânica, solar, etc. Tal potência é dada por:
PM = E * IS
A potência dissipada pelo gerador PJ é proveniente da perda por efeito Joule e é dada por:
PJ = RI * IS2
Assim, tem-se que:
PE = PM - PJ
O rendimento n de um gerador é a relação entre a potência elétrica de saída e a potência motriz efetivamente fornecida à carga:
n = PE / PM
n = VS / 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 PEQM. Tal transferência máxima ocorre quando a corrente é a metade da corrente de curto-circuito ICC ou quando a tensão na carga é a metade da tensão E do gerador, ou seja:
ISQM = ICC / 2
VSQM = E / 2
Entretanto, para que isso ocorra, é necessário que a resistência de carga RLQM seja igual à resistência interna do gerador RI, uma vez que esses formam um divisor de tensão. Assim, a máxima transferência de potência ocorre quando:
RLQM = RI
A potência máxima:
PEQM = E2 / 4 RI
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 RL. Para que VS 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, RL >> RI, o que torna desprezível RI em relação a RL, ou seja:
VS =~ E
