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Laboratório LI II – Conversão de Energia - Norberto Augusto Júnior
Gerador Síncrono
Funcionamento
Características: Vazio, Curto
Circuito, Externa e Regulação
Laboratório LI II – Conversão de Energia - Norberto Augusto Júnior
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)
Laboratório LI II – Conversão de Energia - Norberto Augusto Júnior
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
Laboratório LI II – Conversão de Energia - Norberto Augusto Júnior
Geração da FEM
120
)()()(
pólosprpmNHzf
)()()( WeberrpmNKVVa
)()()( AmperIrpmNKVV fa
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Geradores de pequenas potências < 10 kVA
Pólos Fixos
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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
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Funcionamento do Gerador Síncrono
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Ligações do Gerador Síncrono
FLFL IIeUU __3
Ligação Estrela Ligação Triângulo
FLFL IIeUU 3__
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Funcionamento
GERAÇÃO DA
FEM TRIFÁSICA
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Rotor de Pólos Lisos Altas Velocidades
Rotor de Pólos SalientesBaixas Velocidades
Tipos de pólos Girantes
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Pólos Salientes e Rotativos do Gerador Síncrono
Laboratório LI II – Conversão de Energia - Norberto Augusto Júnior
Rotor de Pólos Lisos
Altas Velocidades
Rotor de Pólos Salientes Baixas Velocidades
TIPOS DE ROTORES
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Pólos Lisos: Altas Velocidades e Grandes Potências
Laboratório LI II – Conversão de Energia - Norberto Augusto Júnior
Pólos Salientes: Baixas Velocidades e Grandes Potências ou
Altas Velocidades e Baixa Potências
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MOTOR ACIONANTE
GERADOR ELÉTRICO
Grupo Diesel - Gerador Síncrono QUADRO DE
COMANDO
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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
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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
Laboratório LI II – Conversão de Energia - Norberto Augusto Júnior
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
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Funcionamento do Gerador Síncrono - 2 Pólos
SULNorte
Carga ResistivaAs correntes do
estator produzem
campos que
atuam como Freio
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Funcionamento do Gerador Síncrono - 2 Pólos
SUL
Norte
Carga Indutiva
As correntes do
estator produzem
campos de efeito
fortemente
desmagnetizante
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Funcionamento do Gerador Síncrono - 2 Pólos
SUL
Norte
Carga Capacitiva
As correntes do
estator produzem
campos de efeito
fortemente
desmagnetizante
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Pólos Salientes do Gerador Síncrono
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Pólos Salientes do Gerador Síncrono
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Pólos Salientes do Gerador Síncrono
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Pólos Salientes do Gerador Síncrono
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Estator de Hidro Gerador Síncrono Vertical
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Rotor de Hidro Gerador Síncrono Vertical
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Hidro Gerador
Síncrono Vertical
Usina Lajeado
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ITAIPÚ – 14 GW = 15% da Energia do
Brasil
20 Hidros Geradores Síncronos Verticais de
700 MW
Potência Total = 14.000 MW ou 14 GW
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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
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100(%)Re0
0
V
VVg T
V0
Linha de VT
CARACTERÍSTICA EXTERNA
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CARACTERÍSTICA DE REGULAÇÃO
Iarmadura =100 %
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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
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Ia (A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
IF (A) Zero
CARACTERÍSTICA DE CURTO CIRCUITO
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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
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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
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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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