sistema excitação geradores sincronos
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capítulo apostila Sistema Excitação geradores sincronosTRANSCRIPT
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Sistema de excitao
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Introduo
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Introduo
A funo do sistema de excitao estabelecer a tenso interna do gerador sncrono;
Em consequncia,o sistema de excitao responsvel no somente pela tenso de sada da mquina,mas tambm pelo fator de potncia e pela magnitude da corrente gerada.
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Configurao fsica dos componentes do sistema de excitao
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At bem recentemente, a excitatriz da maioria dos sistemas era um gerador de corrente contnua montado no eixo do gerador;
Atualmente, outros sistemas mais rpidos e que exigem menos manuteno vo aos poucos substituindo o sistema clssico;
A funo do regulador de tenso controlar a sada da excitatriz tal que a tenso gerada e a potncia reativa variem da maneira desejada;
Em sistemas primitivos, o operador desempenhava o papel do regulador de tenso, observando a tenso de sada e ajustando o reostato de campo da excitatriz de modo a obter as condies de sada desejadas;
Atualmente, o regulador de tenso um controlador que observa a tenso (e possivelmente outras grandezas,como potncia ativa e corrente) de sada do gerador e ento inicia a ao corretiva atravs da variao do controle da excitatriz;
Os reguladores so indispensveis para manter a estabilidade dos geradores sncronos.
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Modelagem e Anlise de um Sistema de Excitao Convencional
Considere o sistema de excitao com amplificador rotativo
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Transformadores de Potencial e Retificadores
A funo de transferncia do conjunto TPs+retificadores, frequentemente referido simplesmente como filtro ser considerada como sendo de primeira ordem, isto , caracterizada por um ganho e uma constante de tempo
R
R
t
dc
TK
sv
sv
+=
1)()(
em que KR um ganho, em geral unitrio, e TR uma pequena constante de tempo, usualmente 0 TR0.06.
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Amplificador Rotativo Um amplificador rotativo tpico em geral representado
por uma funo de transferncia de primeira ordem, cujo ganho ser representado por KA e cuja constante de tempo ser denotada por TA;
Em geral, 25 KA 50, e 0,06 TA 0,20; necessrio que sejam considerados no modelo limites
mximo e mnimo sobre a sada do amplificador, de modo que grandes sinais de erro na entrada do regulador no produzam sadas que excedam limitaes prticas.
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Excitatriz
A aplicao da lei das malhas de Kirchhoff ao circuito de campo da excitatriz fornece:
fdRF VVRi
dtdN +=+
Se est interessado em relacionar VR com Vfd. Se a velocidade cte, temos
Vfd = k ef, em que ef o fluxo magntico no entreferro da excitatriz. Temos: F = ef + disp em que disp o fluxo de
disperso.
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Considerando que o fluxo de disperso uma pequena frao constante do fluxo de campo e o fluxo no entreferro uma frao 1/ do fluxo,temos:
F = ef ,logo;
F = (/k)Vfd, portanto:
Rfdfd VVRi
dtdV
kN
+=+
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A relao entre i e Vfd dada pela caracterstica de saturao da excitatriz
Ento :
em que SE(Vfd) Vfd representa o acrscimo de corrente i na poro no linear.
fdfdEfdef
VVSVR
i )(1 +=
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Logo:
em que:KE=(R/Ref) -1 e SE(Vfd)=SE(Vfd) RAplicando Laplace com as condies iniciais nulas, temos:
fdfdERfdEfd VVSVVK
dtdV
kN )(=+
kN
sK
VSVsV
E
fdERfd
+
=)(
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Diagrama de blocos da excitatriz
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Gerador
A funo de transferncia do gerador :
Na condio em vazio, TG Tdo, porm se o modelo for aplicado como uma aproximao para o caso em vazio, o TG algo menor do que Tdo.
G
G
fd
t
TK
sVsV
+=
1)()(
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Diagrama de blocos completo
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Anlise da Estabilidade do Sistema de Excitao Convencional
Aplicaremos tcnicas de anlise de estabilidade de sistemas lineares ao sistema de excitao, para isso ser desprezado os blocos no lineares.
A funo de malha aberta para o estudo :
Considere os valores para os parmetros: TA=0,1s; TE= 0,5s; TG= 1s; TR= 0,05s;KE=-0,05s; KG=1s; KR=1s e KA
o parmetro a ser ajustado. Temos:
)1)(1)()(1()( RGEEARGA
sTsTsTKsTKKK
sKGH++++
=
)20)(1)(1,0)(10(400)(
+++=
ssss
KsKGH A
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O lugar de razes para o KA variando de o at ( utilizando a funo rltool ou rlocusdo MatLab) mostrado abaixo:
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Pela equao caracterstica e construindo o arranjo de Routh-Hurwitz temos
3,21>KA>0,05
A faixa de variao de KA bastante restrita para a estabilidade.H trs possveis solues:
1. Aumentar a resistncia do campo da excitatriz, de modo a deslocar o plo correspondente para a esquerda;
2. Deslocar o plo do gerador mais para a esquerda;3. Projetar um compensador para o sistema.
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Das trs a nica realmente vivel a terceira. A estratgia tradicionalmente utilizada colocar um
compensador de caractersticas derivativas, como mostrado abaixo:
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Dois tipos de sistemas de excitao recomendados pelo IEEE
Existem vrios tipos cujos modelos so recomendados pelo IEEE. Basicamente, usam-se dois tipos bem gerais para fins de simulao digital:
1.Excitatriz rotativa, que usa uma mquina CC para excitar o campo principal do gerador. Este tipo encontra-se funcionando em geradores mais antigos.
2. Excitatriz esttica, que usa tenso contnua obtida de um retificador esttico.
Os diagramas so mostrados a seguir:
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Excitatriz Rotativa
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Excitatriz Esttica
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Atividade Simular para um degrau unitrio de Vref.
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Atividade
Simular para um degrau unitrio de Vref, agora com o estabilizador(compare os resultados: Kf = 2 e f = 0,01;