Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Resumo do Capitulo 4 de Conversão de Energia II 4.1 ASPECTOS CONSTRUTIVOS DOS GERADORES SÍNCRONOS Em um gerador síncrono, um campo magnético é produzido no rotor. Durante o projeto do rotor, para obter esse campo magnético, pode-se optar pelo uso de um ímã permanente ou de um eletroímã, obtido pela aplicação de uma corrente CC a um enrolamento desse rotor. O rotor do gerador é então acionando por uma máquina motriz primária, que produz um campo magnético girante dentro da máquina. Esse campo magnético girante induz um conjunto de tensões trifásicas nos enrolamentos de estator do gerador. Duas expressões comumente usadas para descrever os enrolamentos de uma máquina são enrolamentos de campo e enrolamentos de armadura. Em geral, a expressão enrolamentos de campo é aplicada aos enrolamentos que produzem o campo magnético principal da máquina e a expressão enrolamentos de armadura é aplicada aos enrolamentos nos quais é induzida a tensão principal. Nas máquinas síncronas, os enrolamentos de campo estão no rotor, de modo que as expressões enrolamentos de rotor e enrolamentos de campo são usadas com o mesmo sentido. De modo semelhante, as expressões enrolamentos de estator e enrolamentos de armadura são também usadas com o mesmo sentido. O rotor de um gerador síncrono é essencialmente um grande eletroímã. 4.2 A VELOCIDADE DE ROTAÇÃO DE UM GERADOR SÍNCRONO frequência elétrica, em Hz velocidade mecânica do campo magnético, em rpm (igual à velocidade do rotor nas máquinas síncronas) número de polos 4.3 A TENSÃO INTERNA GERADA POR UM GERADOR SÍNCRONO Radianos elétricos por segundo Radianos mecânicos por segundo 4.4 O CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM GERADOR SÍNCRONO Há uma série de fatores que são responsáveis pela diferença entre e : 1. A distorção do campo magnético do entreferro pela corrente que flui no estator, denominada reação de armadura. 2. A autoindutância das bobinas da armadura. 3. A resistência das bobinas da armadura. 4. O efeito do formato dos polos salientes do rotor. Tensão de fase Tensão gerada internamente Tensão da reação de armadura Campo magnético líquido Campo magnético do rotor Campo magnético do estator Como os ângulos de e são os mesmos e os ângulos de e são os mesmos, o campo magnético resultante coincidirá com a tensão líquida . As tensões e correntes resultantes estão mostradas na Figura 4-8d. O ângulo entre e é conhecido como ângulo interno ou ângulo de conjugado da máquina. Esse ângulo é proporcional à quantidade de potência que fornecida pelo gerador. Se X for uma constante de proporcionalidade, então a tensão de reação de armadura poderá ser expressa como A tensão em uma fase será, portanto, Além dos efeitos da reação de armadura, as bobinas do estator têm uma autoindutância e uma resistência. Se a autoindutância do estator for denominada (com sua respectiva reatância denominada ) e a resistência do estator for denominada , a diferença total entre e será dada por A autoindutância e os efeitos de reação de armadura da máquina são ambos representados por reatâncias, sendo costume combiná-las em uma única reatância, denominada reatância síncrona da máquina: Portanto, a equação final que descreve é Agora, é possível construir o circuito equivalente de um gerador síncrono trifásico. 4.5 O DIAGRAMA FASORIAL DE UM GERADOR SÍNCRONO Como as tensões de um gerador síncrono são tensões CA, elas são expressas usualmente como fasores, os quais têm módulo e ângulo. Portanto, as relações entre eles podem ser expressas por um gráfico bidimensional. Nas máquinas síncronas reais, a reatância síncrona é normalmente muito maior do que a resistência de enrolamento RA, de modo que RA é frequentemente desprezada no estudo qualitativo das variações de tensão. Para obter resultados numéricos mais exatos, devemos naturalmente levar RA em consideração. 4.6 POTÊNCIA E CONJUGADO EM GERADORES SÍNCRONOS Um gerador síncrono é uma máquina síncrona usada como gerador. Ele converte potência mecânica em potência elétrica trifásica. A fonte da potência mecânica, a máquina motriz, pode ser um motor diesel, uma turbina a vapor, uma turbina hidráulica ou qualquer dispositivo similar. Qualquer que seja a fonte, ela deve ter a propriedade básica de que sua velocidade seja quase constante independentemente da potência demandada. Se não fosse assim, a frequência do sistema de potência resultante variaria. Potência convertida Torque induzido é o ângulo entre e Se a resistência de armadura for ignorada (já que >> ), então uma equação muito útil pode ser deduzida para fornecer um valor aproximado da potência de saída do gerador. Para deduzir essa equação, examine o diagrama fasorial da Figura 4-16. Essa figura mostra um diagrama fasorial simplificado de um gerador com a resistência de estator ignorada. Observe que o segmento vertical bc pode ser expresso como ou . Portanto, 4.7 MEDIÇÃO DOS PARÂMETROS DO MODELO DE GERADOR SÍNCRONO O circuito equivalente deduzido para um gerador síncrono continha três grandezas que devem ser determinadas para se descrever completamente o comportamento de um gerador síncrono real: 1. A relação entre corrente de campo e o fluxo (e, portanto, entre a corrente de campo e ); 2. A reatância síncrona; 3. A resistência de armadura. O primeiro passo desse processo é executar o ensaio a vazio (ou de circuito aberto) com o gerador. Para realizar esse ensaio, o gerador é colocado a girar na velocidade nominal, os terminais são desconectados de todas as cargas e a corrente de campo é ajustada para zero. A seguir, a corrente de campo é incrementada gradualmente e a tensão nos terminais é medida a cada passo. Com os terminais abertos, , de modo que é igual a . Assim, a partir dessa informação, é possível construir um gráfico de (ou ) versus . O segundo passo do processo é a realização de um ensaio de curto-circuito. Para executá-lo, ajuste a corrente de campo novamente em zero e coloque em curto-circuito os terminais do gerador usando um conjunto de amperímetros. Então, a corrente de armadura , ou a corrente de linha , é medida enquanto a corrente de campo é incrementada. Tal curva é denominada característica de curto-circuito (CCC) e está mostrada na Figura 4-17b.
Compartilhar