Especiais 10 Gerador Síncrono [Modo de Compatibilidade]

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

GERADOR SÍNCRONO

Joaquim Eloir Rocha 1



Os geradores síncronos são usados para

gerar a energia que é utilizada pela

sociedade moderna para a produção e o

lazer.




Geradores síncronos costumam operar em

paralelo em grandes usinas gerando

grandes “blocos” de energia para serem

transmitidas ao centros consumidores.




É comum encontrar sistemas elétricos em que os geradores síncronos operam em paralelo. As vantagens dessa filosofia são:� Possibilidade de alimentar uma grande carga elétrica sem

se utilizar de um grande gerador;

� A falha de um gerador não implica na perda de capacidade


� A falha de um gerador não implica na perda de capacidade

de alimentar a carga, aumentando a confiabilidade;

� A necessidade de manutenção em um gerador pode ser

programada;

� Os geradores têm maior eficiência ao operarem próximo da

carga nominal. Assim, é possível desligar ou ligar geradores

para que os outros trabalhem na condição nominal.



Geradores síncronos podem ser de

pequeno porte para atender um único

consumidor, como um supermercado.




Geradores síncronos convertem energia

mecânica em elétrica. A fonte primária

de energia costuma ser uma turbina

hidráulica ou eólica, um motor diesel ou


hidráulica ou eólica, um motor diesel ou

a gás natural. Para geradores síncronos

de alta velocidade utilizam-se turbinas a

vapor empregando energia fóssil ou

nuclear.



Em um gerador síncrono, uma corrente

contínua é aplicada no enrolamento de

campo que fica no rotor. Com o

movimento de rotação, o fluxo torna-se


movimento de rotação, o fluxo torna-se

girante e produz tensões trifásicas no

enrolamento da armadura.



No rotor de um gerador síncrono

existem eletroímãs organizados em

polos. Os polos podem ser salientes ou

lisos.


lisos.



Em geral, geradores com dois polos têm

rotor de polos lisos. Geradores com

quatro ou mais polos têm polos salientes.




Na figura abaixo, mostra-se um rotor de

polos salientes e um de polos lisos. O

rotor de polos salientes tem maior

diâmetro que o de polos lisos.


diâmetro que o de polos lisos.



Turbogerador síncrono de polos lisos




Na figura abaixo, pode-se visualizar o

enrolamento de campo, a sapata polar e as

barras amortecedoras. A gaiola de

amortecimento é montada em ranhuras na

sapata para compensação nos serviços em


sapata para compensação nos serviços em

paralelo e variações de carga.



Existem duas abordagens para

fornecimento de corrente contínua para

o enrolamento de campo do rotor. A

fonte de cc pode estar externa ao rotor


fonte de cc pode estar externa ao rotor

e tem de usar anéis coletores e escovas.

Outra opção é montar a excitatriz no

eixo do gerador e, portanto, não é

necessário anéis coletores e escovas.



O enrolamento de campo do gerador

síncrono que é alimentado externamente

ao rotor utiliza-se de anéis coletores.




Os terminais do enrolamento de campo

são conectados aos anéis coletores. São

usadas escovas de carvão para acessar a

alimentação cc externa.




Esquemas elétricos mostrando como o

enrolamento de campo do gerador síncrono

pode ser alimentado externamente.




A excitatriz montada no eixo do gerador

principal é um pequeno gerador auxiliar

que alimenta com corrente contínua o

enrolamento de campo principal. O


enrolamento de campo principal. O

enrolamento de campo da excitatriz fica

no estator enquanto a armadura trifásica

da excitatriz rotaciona com o eixo. Existe

um retificador, que rotaciona com o eixo,

que alimenta o campo principal.



Na figura abaixo, mostra-se a regulação

automática de tensão com o uso da

excitatriz (brushless exciter).




Na figura abaixo, mostra-se a imagem

de um rotor de gerador síncrono com os

enrolamento s de campo e a excitatriz.




Esquema elétrico do sistema de excitação




O estator do gerador síncrono é

constituído de chapas de aço silício com

revestimento para isolação elétrica. As

bobinas do estator são distribuídas em


bobinas do estator são distribuídas em

três fases.



A carcaça do gerador síncrono permite a

proteção das partes ativas e promove o

suporte dos componentes. Os mancais

suportam o rotor e existe uma estrutura de

refrigeração.


refrigeração.



O gerador síncrono produz energia

elétrica em uma frequência que está

sincronizada com a velocidade de

rotação da máquina primária.


rotação da máquina primária.

120

pnf

⋅=f - frequência em Hz

p - número de polos

n - velocidade mecânica em rpm



Turbinas a vapor são mais eficientes

quando rotacionam em alta velocidade.

Assim, costumam rotacionar em 3600

rpm e possuem 2 polos. Turbinas


rpm e possuem 2 polos. Turbinas

hidráulicas são mais eficientes em baixas

velocidades (entre 200 e 300 rpm).

Assim, grandes geradores costumam ter

um elevado número de polos.



O gerador abaixo possui 36 polos (200 rpm).




Geradores síncronos têm de ser

conectados a máquinas primárias com

controle de velocidade, pois ao se

aumentar a carga elétrica, tende-se a se


aumentar a carga elétrica, tende-se a se

reduzir a velocidade mecânica. A

variação da velocidade, causaria

variação da frequência.

wTP ⋅=P - potência em Watt

T - torque em Newton metro

w - velocidade em radianos/s



Para que a velocidade não diminua ao se

aumentar a potência (carga) elétrica, tem-

se que aumentar a potência da máquina

primária. Assim, em uma turbina hidráulica

é necessário que a entrada de água


é necessário que a entrada de água

aumente com o aumento da carga elétrica.

Isso se chama balanço energético.



Considerando uma turbina hidráulica, é

importante controlar a velocidade, pois a

água não usada é armazenada no

reservatório. No caso de turbinas


reservatório. No caso de turbinas

eólicas, não é possível armazenar o

vento e, por isso, o melhor é deixar a

turbina mudar a sua velocidade de

acordo com a energia do vento.



Como o gerador é acionado com

velocidade variável, a frequência de

saída não é fixa. Por isso, utiliza-se um

conversor de frequência para o


sincronismo com a rede.

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