08º exp gerador síncrono lii 08

Laboratório LI II – Conversão de Energia - Norberto Augusto Júnior

Gerador Síncrono

Funcionamento

Características: Vazio, Curto

Circuito, Externa e Regulação


Sistema de Potência


ObjetivosCompreender o princípio de funcionamento do gerador

síncrono, acionado por uma máquina motriz com rotação

constante;

Característica de Vazio, (Va x If);

Característica de Rotor bloqueado, (Ia x If);

Característica Externa, (Va x Ia), corrente de excitação If =

const.

Característica de de Regulação (If x Ia) para Va =constante;

As características são analisadas para os diversos tipos da

corrente de carga (resistiva, indutiva ou capacitiva)


Simplicidade de geração e controle de Força

Eletromotriz – Volt;

Freqüência constante para velocidade constante

para qualquer carga;

Rendimentos superiores aos demais conversores

mesma potência;

Possibilita o controle do fator de potencia.

Características do Gerador Síncrono


Geração da FEM

120

)()()(

pólosprpmNHzf

)()()( WeberrpmNKVVa

)()()( AmperIrpmNKVV fa


Geradores de pequenas potências < 10 kVA

Pólos Fixos


Pólos Fixos


A característica construtiva do estator é idêntica ao do motor

assíncrono, ou seja, três bobinas idênticas, defasadas no

espaço de 120º;

O rotor do gerador síncrono é constituído por bobinas que

percorridas pela corrente contínua de excitação, If, produz

o campo magnético do rotor que acionado “corta” os

condutores da armadura gera a FEM;

As correntes circulam nas bobinas do estator e geram o campo

magnético do estator que interage com o campo magnético do

rotor;

A velocidade do campo magnético do rotor é a mesma do

campo girante das correntes do estator.

Funcionamento Pólo Girante


Funcionamento do Gerador Síncrono


Ligações do Gerador Síncrono

FLFL IIeUU __3

Ligação Estrela Ligação Triângulo

FLFL IIeUU 3__


Funcionamento

GERAÇÃO DA

FEM TRIFÁSICA


Rotor de Pólos Lisos Altas Velocidades

Rotor de Pólos SalientesBaixas Velocidades

Tipos de pólos Girantes


Pólos Salientes e Rotativos do Gerador Síncrono


Rotor de Pólos Lisos

Altas Velocidades

Rotor de Pólos Salientes Baixas Velocidades

TIPOS DE ROTORES


Pólos Lisos: Altas Velocidades e Grandes Potências


Pólos Salientes: Baixas Velocidades e Grandes Potências ou

Altas Velocidades e Baixa Potências


MOTOR ACIONANTE

GERADOR ELÉTRICO

Grupo Diesel - Gerador Síncrono QUADRO DE

COMANDO


Ensaio de Vazio e Curto Circuito


CARGA CAPACITIVA CARGA INDUTIVA

P = Potencia Ativa ( Watts)

Q = Potencia Reativa (Volt Amper Reativo)

P

S

Q

P

QS

S = Potencia Aparente (Volt Amper)

TIPOS DE CARGAS ELÉTRICAS

F.P.= Fator de Potência = Cos φ

jQPS


As correntes trifásicas circulando no enrolamento trifásico da

armadura produzem um campo magnético girante, decomposto em

dois campos, um alinhado com os pólos do rotor e outro defasado

de 90º elétricos dos pólos;

A componente da corrente ativa da carga produz um campo

magnético que se posiciona à 90º elétricos do campo principal do

rotor e produz um torque resistente que se opõe ao movimento;

O regulador de velocidade controla a alimentação do fluido (água,

vapor, gás, etc.) na máquina motriz e garante a rotação constante

para qualquer carga.

EFEITOS DA CARGA NO GERADOR SÍNCRONO


A componente da corrente reativa da carga produz um campo

magnético que se posiciona alinhado com o campo principal

do rotor;

Caso a corrente reativa for do tipo indutivo, a componente do

campo magnético da armadura é oposta ao campo principal,

produzindo desmagnetização e como conseqüência forte

queda de tensão gerada;

Caso a carga for do tipo capacitivo a componente do campo

magnético da armadura é no mesmo sentido ao do campo

principal, magnetizando os pólos do gerador e portanto

aumento da tensão gerada.

EFEITOS DA CARGA NO GERADOR SÍNCRONO


Funcionamento do Gerador Síncrono - 2 Pólos

SULNorte

Carga ResistivaAs correntes do

estator produzem

campos que

atuam como Freio



SUL

Norte

Carga Indutiva

As correntes do

estator produzem

campos de efeito

fortemente

desmagnetizante



SUL

Norte

Carga Capacitiva

As correntes do

estator produzem

campos de efeito

fortemente

desmagnetizante


Estator do Gerador Síncrono


Pólos Salientes do Gerador Síncrono


Máquina Síncrona


Pólos Lisos do Gerador Síncrono


Hidro

Gerador

Síncron

o

Vertical


Estator de Hidro Gerador Síncrono Vertical


Rotor de Hidro Gerador Síncrono Vertical


Hidro Gerador

Síncrono Vertical

Usina Lajeado


ITAIPÚ – 14 GW = 15% da Energia do

Brasil

20 Hidros Geradores Síncronos Verticais de

700 MW

Potência Total = 14.000 MW ou 14 GW


Circuito Equivalente do Gerador Síncrono / Fase

Equação de Funcionamento do Gerador Síncrono: Ef = Vt + j.Zs.Ia

EF = Vt + j.Zs.Ia ≈ Vt + j.Xs.Ia,pois, RA << XS e Zs ≈ XS

Nota: A tensão da armadura Ef depende do ajuste da corrente de excitação If


100(%)Re0

0

V

VVg T

V0

Linha de VT

CARACTERÍSTICA EXTERNA


CARACTERÍSTICA DE REGULAÇÃO

Iarmadura =100 %


Diagrama de Montagem


Va (V)

30 60

90

120

150

180

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

IF (A) 0

Freq.

(Hz)

CARACTERÍSTICA DE VAZIO


Ia (A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

IF (A) Zero

CARACTERÍSTICA DE CURTO CIRCUITO


Carga Resistiva Va (V) Ia (A) P (kW)

Q (kVAR

)

F.P.

Posição 1

Posição 2

Posição 3

Posição 4

Posição 5

Va = 220 V - Constante N = 1.800 rpm - Constante

CARACTERÍSTICA DE REGULAÇÃO


Carga Resistiva Va (V) Ia (A) P (kW)

Q (kVAR

)

F.P.

Posição 0 220

Posição 1

Posição 2

Posição 3

Posição 4

Posição 5

IF = _____A - Constante N = 1.800 rpm - Constante

CARACTERÍSTICA EXTERNA


Máquina Síncrona

Potência: _______________kW Rotação_____rpm

Tensões: _________V (armadura) ______V (campo)

Correntes: _________A (gerador) ______ A (motor)

Peso: __________________ kg T___________ ºC

Anotar os dados de Placa da Máquina Síncrona

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