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SBA Controle & Automação Vol. 11 no. 01 / Jan., Fev., Mar, Abril de 2000 29

SISTEMAS DE GERAÇÃO BASEADOS EM GERADOR DE INDUÇÃOOPERANDO COM TENSÃO REGULADA E FREQÜÊNCIA CONSTANTE

Enes Gonçalves MarraEscola de Engenharia Elétrica - EEE

Universidade Federal de Goiás - UFGGoiânia-GO Brasil

e-mail: [email protected]

José Antenor PomilioFaculdade de Eng. Elétrica e de Computação - FEEC

Universidade Estadual de Campinas - UNICAMPC. P. 6101 - CEP: 13081-970 - Campinas-SP Brasil

e-mail: [email protected]

Resumo – As características elétricas de um sistema baseadoem gerador de indução operando isolado da rede elétrica sãomelhoradas através da associação com um inversor PWMalimentado em tensão. O inversor possibilita a melhoria docomportamento do sistema em diversos aspectos: regulação detensão, estabilização da freqüência e compensação da potênciareativa. A estratégia de operação do sistema consiste em fixar afreqüência síncrona do gerador de indução através do inversorPWM. Para obter balanço de potência e regulação de tensão dogerador, são apresentadas duas alternativas: através daregulação da velocidade do rotor; ou enviando-se parte daenergia acumulada no lado CC do inversor para rede através delinha monofásica, caso a velocidade do rotor não seja reguladae exista disponibilidade de conexão monofásica à rede. Osresultados obtidos demonstram que o sistema é estável, robustoe capaz de gerar tensões trifásicas reguladas.

INDUCTION GENERATOR BASED SYSTEMS PROVIDING

REGULATED VOLTAGE WITH CONSTANT FREQUENCY

Abstract – The electrical characteristics of an isolatedinduction generator based system are improved through theassociation with a PWM voltage-source inverter. Theelectronic converter allows to achieve a better system behaviorin many aspects: voltage regulation, frequency stabilization andreactive power compensation. The system operation strategyconsists of maintaining constant synchronous frequency at theinduction generator via the PWM inverter. The system powerbalance and the generator voltage regulation may beaccomplished by two different means: through the rotor speedregulation; or sending part of the energy stored in the inverterdc side to the grid through a single-phase line, in case the rotorspeed is not regulated and a single-phase grid connection isavailable. The results obtained shows that the system is stable,robust and an effective source of regulated three-phasevoltages.

1 INTRODUÇÃO

A máquina de indução com rotor tipo gaiola (MIG) éfreqüentemente comparada de modo favorável em relação aosdemais tipos de máquinas elétricas por ser robusta, apresentarcustos e manutenção reduzidos e possuir alta densidade depotência (W/kg). A despeito de suas vantagens, a MIGraramente é empregada como gerador, devido à sua regulaçãode tensão insatisfatória e à variação da freqüência síncrona,mesmo quando acionada sob velocidade constante no rotor ealimentando cargas com potência totalmente ativa (Bassett ePotter, 1935; Wagner, 1939).

Este trabalho tem o objetivo de propor a utilização do geradorde indução (GI) como uma alternativa de baixo custo aosgeradores síncronos empregados em sistemas de geração debaixa potência (abaixo de 50 kW), isolados da rede elétrica,tais como microcentrais hidrelétricas e geradores acionados pormotores Diesel. É apresentada uma estrutura na qual avelocidade do rotor é regulada e outra estrutura com velocidaderotórica não regulada, operando como co-gerador para umarede monofásica, como forma de manter a regulação de tensãodo GI. Esta segunda estrutura é apropriada para utilização emregiões rurais ou áreas afastadas com baixa densidade decargas, as quais geralmente são atendidas por linhasmonofásicas na região centro-norte do Brasil.

Em ambos os casos o sistema deve gerar tensões trifásicasequilibradas, com freqüência constante e com qualidadesuficiente para alimentar cargas sensíveis, tais comoequipamentos com micro-controladores.

2 GERADOR DE INDUÇÃO EXCITADOPOR CAPACITORES EM OPERAÇÃOISOLADA

A figura 1 apresenta um sistema no qual o gerador de indução,excitado por um banco trifásico de capacitores (Cca), operaisolado da rede elétrica. Nestas circunstâncias, a potência ativada carga CA influencia consideravelmente a amplitude e afreqüência da tensão terminal do gerador, mesmo que a

Artigo Submetido em 25/02/19991a. Revisão em 30/09/1999;Aceito sob recomendação do Ed. Consultor Prof. Dr. Edson H.Watanabe

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velocidade do rotor seja mantida constante pela ação doregulador de velocidade.

Considerando-se, por simplicidade, as perdas mecânicas,elétricas e magnéticas desprezíveis, a potência elétricaconvertida pelo GI é dada pelo produto entre a velocidadeangular do rotor e o conjugado no eixo do gerador. Destaforma, supondo-se que a velocidade do rotor é invariável, oaumento na potência ativa da carga CA deve produzir a quedada freqüência síncrona, uma vez que esta é a única maneira deelevar o conjugado, a fim de atender à nova demanda depotência da carga.

A figura 2 ilustra qualitativamente uma situação em que o GIestá alimentando uma carga com fator de potência unitário. Oponto ‘A’ é o ponto de operação estável, cujo produto doconjugado pela velocidade do rotor equivale à potência dacarga CA, desconsiderando-se as perdas. A freqüência síncrona(fs) da força magnetomotriz (FMM) do estator é igual a fs1 noponto ‘A’.

O ponto ‘A’ na característica de conjugado da figura 2,corresponde ao ponto de operação estável ‘A’ na característicade magnetização do GI, apresentada na figura 3.

O aumento de potência ativa na carga CA provoca queda nafreqüência síncrona de fs1 para fs2, produzindo assim elevaçõestanto na freqüência de escorregamento do rotor quanto noconjugado desenvolvido pelo gerador. Assim, a potênciagerada aumenta para satisfazer a nova demanda da carga CA,conduzindo ao novo ponto estável de operação do gerador(ponto ‘B’). Observe que o regulador de velocidade mantém avelocidade do rotor sempre constante em regime permanente.

A queda na freqüência síncrona para o valor fs2 reduz a tensãoterminal do GI, apresentada na característica de magnetização

da figura 3, na mesma proporção, considerando-se que o fluxono entreferro é mantido constante.

Além de alterar a curva característica de magnetização dogerador, a redução da freqüência afeta a reatância capacitiva(Xc) do banco de capacitores Cca, conforme descreve a equação1. Xc1 e Xc2 correspondem às respectivas freqüências fs1 e fs2, nafigura 3.

Xf Cc

s ca

= 1

2π (1)

A capacitância Cca pode ser elevada a fim de recuperar o valorinicial da reatância capacitiva (Xc1). No entanto, o ponto ‘C’ dacurva de magnetização (figura 3) será o novo ponto deoperação estável do gerador em lugar do ponto ‘A’, uma vezque a freqüência permanece com valor fs2.

A queda na tensão terminal do GI é o efeito resultante doaumento da potência ativa da carga, como resultado dainfluência da freqüência síncrona na característica demagnetização do gerador e no valor da reatância capacitiva dobanco Cca.

É importante ressaltar que as quedas de tensão nas resistênciase indutâncias de dispersão do estator e do rotor do GI emoperação isolada não são a causa principal de sua regulação detensão insatisfatória. A regulação de tensão do GI é afetadaprincipalmente pela influência da freqüência síncrona nacaracterística de magnetização do gerador e pela dependênciadesta freqüência com a potência ativa da carga CA.

No caso ilustrado nas figuras 2 e 3, a variação da tensãoterminal do gerador foi analisada exclusivamente sobinfluência da potência ativa. No entanto, a elevação da potênciareativa da carga CA, bem como a queda de velocidade do rotorcom o aumento do conjugado, podem ser fatores adicionais dedeterioração da regulação de tensão do gerador.

Esforços consideráveis têm sido empreendidos por longotempo, com o objetivo de superar a regulação de tensãoinsatisfatória dos geradores de indução em operação isolada darede elétrica. As investigações realizadas neste campoconcentram-se em diferentes alternativas de regulação detensão, baseadas nas seguintes estratégias de compensação dereativos: bancos de capacitores compostos série-shunt (Basset ePotter, 1935; Wang e Jina-Yi, 1997; Chan, 1995; Chan, 1994;Bim et alii, 1989), retificadores controlados (Watson et alii,1979; Watanabe et alii, 1983; Rocha et alii, 1984; Watanabe eBarreto, 1987; Bonert e Rajakaruna, 1998), reatores chaveadospor tiristores (Brennen e Abbondanti, 1977; Pinheiro et alii,

A

B

fs1

fs2

Conjugado (N.m)

Veloc. do rotor (rpm)

Figura 2 - Característica de conjugado do GI em funçãoda velocidade do rotor.

carga CACca

Ger. de Ind.

Reguladorde

Velocidade

MáquinaPrimária

Figura 1 - GI isolado excitado por banco decapacitores.

A

BC

Xc1

Xc2

fs1

fs2

Tensão de fase (V)

Corrente de magnetização (A)

Figura 3 - Característica de magnetização do GI.


1988; Quispe et alii, 1997), chaveamento de bancos discretosde capacitores (Malik e Haque, 1986; Malik e Mazi, 1987;Chan, 1993), ou reatores saturados (Doxey, 1963;Alghuwainem, 1997). Estas estratégias empregam contactores,relés ou chaves semicondutoras na sua implementação.

Embora as metodologias mencionadas anteriormente tenhamcontribuído consideravelmente para a melhoria do problema daregulação de tensão do GI, a freqüência síncrona permanecevariável. Desta maneira, a característica de magnetização dogerador continua sendo afetada pela variação da carga,exigindo uma ampla faixa de valores da potência reativanecessária para manter a regulação de tensão. Além disto, aelevação excessiva da corrente de magnetização com o intuitode manter a tensão terminal, pode acarretar a saturação dogerador e a conseqüente distorção da forma de onda da tensão.

A deterioração da regulação de tensão do GI, ocasionada pelavariação da freqüência síncrona, desperta o interesse nodesenvolvimento de uma estratégia de operação para o GI,capaz de manter a freqüência síncrona constante, bem como desuprir a potência reativa solicitada pelo gerador e sua carga.

Duas estruturas capazes de prover tensão trifásica reguladacom freqüência constante são apresentadas neste trabalho.Estas estruturas utilizam a associação entre gerador de induçãotrifásico e inversor trifásico de tensão chaveado no modoPWM, a fim de fixar a freqüência síncrona do GI e compensara potência reativa do sistema.

3 DESCRIÇÃO DOS SISTEMASPROPOSTOS

Uma das estruturas propostas não utiliza regulador develocidade, e toda potência elétrica produzida pelo GI éadequadamente consumida, com o objetivo de manter reguladaa tensão terminal do gerador; uma vez que a ausência deregulador de velocidade não permite o controle do valor dapotência elétrica gerada (Marra e Pomilio, 1998 e 1998a).Neste caso o excedente da energia gerada, não consumida pelacarga CA, é enviado à rede através de uma linha monofásica.

Esta configuração pode ser aplicada em propriedades ruraisatendidas por linhas monofásicas, e com disponibilidadehídrica para geração de energia. Na ausência da rede, a energiaexcedente pode ainda ser consumida por cargas auxiliaresajustáveis no lado CC ou CA do inversor (Marra e Pomilio,1998b e 1999)

A outra estrutura, cuja utilização é mais adequada parasistemas de geração cuja fonte primária de energia apresentacusto elevado (geração Diesel), emprega o regulador develocidade da máquina primária, com a finalidade de controlaro valor da potência gerada (Marra e Pomilio, 1999).

O objetivo de ambas estruturas é gerar tensões trifásicas,senoidais e balanceadas, com freqüência constante e amplituderegulada.

3.1 Sistema com Velocidade Controlada

Este sistema é composto fundamentalmente pelo gerador deindução trifásico em gaiola, excitado por um banco trifásico decapacitores (Cca) e conectado ao lado CA de um inversor PWMalimentado em tensão, através de indutâncias série (Lf). A

velocidade do rotor é controlada pelo regulador de velocidade,conforme apresentado na figura 4 (Marra e Pomilio, 1999).

A potência nominal deste tipo de sistema é limitada pelainfluência dos inversores PWM de tensão disponíveiscomercialmente, no custo total do sistema

O sistema é isolado da rede elétrica e sua partida é realizadaatravés da auto-excitação do gerador, obtida pela interaçãoentre a tensão produzida pelo fluxo residual e a capacitânciaCca.

Após a partida, o GI provê a energia necessária para carregar ocapacitor Ccc e suprir as perdas do sistema. Um conversor CC-CC tipo forward alimenta o circuito de controle do inversor, apartir da energia armazenada em Ccc.

O inversor de tensão PWM mantém a freqüência fundamentalda tensão CA constante em 60Hz, produzindo, desta maneira,uma freqüência síncrona de referência constante para ogerador.

A tensão terminal do GI apresenta forma de onda senoidal,devido à ação do filtro Lf-Cca, que atenua as componentes detensão de alta freqüência do inversor.

A capacitância Cca é dimensionada de modo a possibilitar apartida auto-excitada do GI com velocidade síncrona.Determinada Cca, a indutância Lf é dimensionada de acordocom a freqüência de corte pretendida para o filtro(normalmente uma década abaixo da freqüência dechaveamento do inversor PWM), conforme a equação 2.

Lf Cf

c ca

= 1

2 2( )π(2)

Diversamente do que ocorre nos geradores síncronos, cujavelocidade deve ser mantida constante, o regulador deveadequar a velocidade do rotor, de modo que o escorregamentotenha o valor necessário para produzir a potência ativasolicitada pelo sistema (figura 4). Assim sendo o valor davelocidade de referência (ωref) varia com a potência ativa dacarga.

Caso o GI produza mais potência que aquela consumida pelacarga CA, o excedente de potência é armazenado no capacitorCcc, no lado CC do inversor, acarretando a elevação da tensãoVcc. Por outro lado, se houver déficit na energia produzida pelogerador, parte da energia armazenada em Ccc é empregada parasuprir a carga, ocasionando a redução de Vcc.

Ccc

+

VccLf

carga caCca

Ger. de Ind.

PI

Vref

Reguladorde Veloc.

MáquinaPrimária

Cf Rf

Ri

Veloc.de Refer.(ωref)

IS II

IM

Figura 4 - Configuração do Sistema com velocidaderegulada.


Desta maneira, Vcc é o parâmetro adequado para determinar obalanço de potência do sistema, sendo portanto, a variávelcontrolada pelo regulador de velocidade. Assim, este reguladoropera com o objetivo de manter o valor de Vcc igual à tensão dereferência Vref, o que indiretamente significa manter o balançode potência do sistema.

A manutenção de Vcc em um valor constante indica que apotência gerada pelo GI é igual à potência consumida pelorestante do sistema. Além disto, o controle de Vcc garante umasatisfatória regulação da tensão terminal do GI, uma vez que ocapacitor Ccc é a fonte de tensão do inversor e a queda detensão em Lf é a única diferença entre Vcc e a tensão terminal dogerador.

A indutância Lf é dimensionada de modo a filtrar ascomponentes de tensão na freqüência de chaveamento doinversor ou maiores, resultando em baixos valores de queda detensão na freqüência de 60Hz.

É possível ainda obter-se tensão terminal praticamenteconstante em regime permanente, compensando-se a queda emLf, através do controle do índice de modulação do inversor, apartir da realimentação da tensão terminal do gerador.

Considerando-se que o inversor PWM permite o fluxobidirecional de potência entre os lados CA e CC, a capacidadede compensar a potência reativa da carga CA é umaconseqüência natural da configuração do sistema e da suaforma de operação. Portanto, a tensão terminal do gerador émantida regulada, mesmo que a carga CA sejapredominantemente reativa, desde que Vcc seja mantidaconstante e o limite de potência nominal do inversor sejarespeitado.

A energia armazenada em Ccc é também de suma importânciapara aumentar a robustez do sistema diante da ocorrência detransitórios, tais como partida direta de motores de indução,transitórios de carga e correntes de inrush. Assim, ocomportamento transitório da carga deve ser considerado nodimensionado de Ccc.

A figura 4 apresenta a utilização de um controle no qualutiliza-se um ganho proporcional-integral (PI) para o

amplificador de erro da malha de realimentação da tensão CC.No entanto, outro tipo de compensador pode ser empregadocomo alternativa para melhorar o desempenho dinâmico dosistema.

3.2 Sistema sem Controle de Velocidade

Este sistema é adequado para ser empregado em micro centraishidroelétricas com potências de até 50 kW, em propriedadesrurais que disponham de fonte hidráulica de energia e sejamalimentadas por linha monofásica.

A potência nominal deste sistema é limitada peladisponibilidade no mercado de turbinas hidráulicas adequadaspara operar com velocidade não controlada (Viana, 1997).Além disto, a potência nominal da linha monofásica devepermitir que toda a potência gerada possa ser absorvida pelarede, caso seja necessário.

A estratégia de operação deste sistema é a mesma do sistemacom velocidade controlada, ou seja, o inversor de tensão PWMé utilizado com o objetivo de fixar a freqüência fundamentalnos terminais do estator do GI, e a manutenção da tensão Vcc

constante assegura boa regulação de tensão para o gerador.Assim como no sistema anterior, a presença do inversor PWMpermite a compensação da potência reativa da carga CA, eaumenta a estabilidade do sistema na presença de transitórios.Conforme apresentado na figura 5, este sistema não possuiregulador de velocidade. Desta maneira, a potência gerada édeterminada pela máquina primária (Marra e Pomilio, 1998).

A partida do sistema também neste caso pode ser realizadaatravés da auto-excitação do gerador, obtida pela interaçãoentre a tensão produzida pelo fluxo residual e a capacitânciaCca.

Outra alternativa de partida para este sistema é o carregamentodo capacitor Ccc, com energia fornecida pela rede monofásica,através do retificador em série com o resistor Rcc,. Após aefetiva partida do sistema, este retificador deixa de atuar umavez que Vcc é ajustado em um valor superior à tensão de pico darede, polarizando os diodos reversamente.

Uma vez que a potência gerada não é controlada, a regulaçãoda tensão Vcc é alcançada enviando-se o excedente da energia

CCC

+ VCC

Lf

carga CA

CCA

Ger. Ind.

LC

−+

+15V

Vref

PWM

PI

L4981A

P4

P1

P2

P3

IC

IC

P5

P6P7

RCC

Figura 5 - Configuração do sistema com velocidade não-regulada

gerada para a rede da concessionária, através da linhamonofásica.

Considera-se neste caso que a máquina primária é uma turbinahidráulica com velocidade não regulada. Assim, é necessáriocoordenar as curvas de conjugado da turbina e do GI, de formaque a velocidade correspondente ao ponto de máxima potência,não corresponda a um valor de escorregamento acima doescorregamento nominal do gerador. O lado CC do sistema éconectado de forma assíncrona à linha monofásica através deum inversor de corrente (figura 5). O sistema opera então comoco-gerador, enviando o excedente da energia produzida para arede.

Um conversor CC-CC do tipo abaixador de tensão é usado paramodular a corrente Ic, de modo a tornar sua forma senoidal, demaneira semelhante ao que é feito nas fontes de alimentaçãoCA-CC com alto fator de potência (Ayres e Barbi, 1997).

4 RESULTADOS EXPERIMENTAIS

Ambos os sistemas descritos foram implementados utilizandouma MIG de fabricação WEG, com 4 pólos, potência nominalde ½ cv e tensão nominal de 220V em conexão delta. Utilizou-se também Cca = 37µF, Lf = 5mH e freqüência de chaveamentode 5kHz para o inversor de tensão PWM. Os valores de Ccc

utilizados em cada uma das estruturas, foram determinados demodo a obter-se comportamento dinâmico satisfatório durantea operação tanto em regime permanente quanto na presença detransitórios na carga.

4.1 Sistema com Velocidade Controlada

A implementação do sistema com velocidade regulada(figura 4) foi realizada empregando-se um motor CC comexcitação independente, acionado por um retificadorcontrolado, como máquina primária para o gerador. Utilizou-seneste caso capacitância Ccc = 6000µF.

A figura 6 apresenta as tensões terminais de linha em regimepermanente, no inversor PWM e no GI. Observa-se que o filtroLf-Cca atua de modo efetivo na eliminação das componentes detensão de alta freqüência nos terminais do gerador.

A curva de velocidade do rotor do GI em função da potênciaativa da carga CA, obtida experimentalmente, é apresentada nafigura 7. Nota-se que o regulador de velocidade promove aaceleração do rotor, à medida em que aumenta a potência

requerida pela carga. Desta forma, a freqüência deescorregamento do gerador é incrementada de modoproporcional à carga alimentada.

A partida de um motor de indução tipo gaiola, com 8 pólos epotência de 1/3 cv (70% da potência nominal do GI), foirealizada através da conexão direta do motor aos terminais dogerador. A figura 8 apresenta o registro da corrente do motor eda tensão terminal do gerador, durante a partida.

Durante a partida, parte da energia armazena em Ccc foiempregada na aceleração do motor. Daí, observa-se uma quedatransitória da tensão nos terminais do gerador, a qual éeliminada posteriormente pela ação do regulador de velocidadesobre Vcc.

A máxima queda de tensão terminal desejável para o GIdurante a partida direta de motores, é um parâmetro a serconsiderado no dimensionamento do capacitor Ccc.

A atuação do inversor PWM como compensador de potênciareativa para a carga CA é destacada na figura 9, a qualapresenta o instante da desconexão do motor de induçãooperando a vazio.

A figura 9 apresenta as correntes de linha no inversor (II), nomotor de indução (IM) e a corrente resultante do conjunto GImais banco de capacitores (IS), cujos sentidos adotados comopositivos estão indicados na figura 4.

Após a desconexão do motor, extingue-se a parcela de correnterelativa à magnetização em II e a parcela relativa às perdas domotor em IS, permanecendo as componentes de corrente de altafreqüência que fluem no filtro Lf-Cca.

A tensão terminal variou de 226V a 224V para a variação dacarga de zero até a potência nominal, indicando uma regulaçãode tensão bastante satisfatória, tanto para cargas com potênciaativa como reativa.

4.2 Sistema sem Controle de Velocidade

A implementação deste sistema foi realizada conforme aconfiguração da figura 5, utilizando-se Ccc = 2400µF,Lc = 4mH e freqüência de chaveamento de 25kHz para oconversor abaixador de tensão.

O circuito integrado L4981A, normalmente empregado emcircuitos pré-reguladores de fator-de-potência em conversores

Veloc. do rotor (rpm)

Potência da carga ca (pu)

Figura 7 - Relação entre a velocidade do rotor (rpm) e apotência ativa da carga CA (pu).

250V/div

250V/div

2ms/div

(a)

(b)

Figura 6 - Tensões terminais no inversor PWM (a) e nogerador de indução (b).



CA-CC, foi utilizado para controlar o chaveamento doconversor abaixador, a fim de produzir corrente com forma deonda senoidal e em fase com a tensão da rede monofásica.

Os resultados obtidos com este sistema, com relação à formade onda da tensão terminal do GI, à capacidade de compensar apotência reativa da carga e de sustentar a partida direta demotores de indução, são similares aos anteriormente descritospara o sistema com velocidade regulada.

A tensão da rede e a corrente injetada através do inversor decorrente são apresentadas na figura 10.

Nota-se que a corrente está em fase com a tensão e apresentaforma de onda praticamente senoidal. O espectro defreqüências da corrente do inversor confirma o seu baixoconteúdo harmônico.

A figura 11 apresenta uma seqüência de transitórios, queconsiste em reduções sucessivas da potência da carga resistivaalimentada pelo GI, partindo-se de um carregamento de 120%da potência nominal até a operação sem carga. A cada reduçãode potência na carga, a corrente enviada para a rede monofásicasofre uma elevação. Percebe-se que a tensão terminal dogerador não é afetada de forma relevante durante os transitóriosde carga.

O sistema apresentou valores satisfatórios de regulação detensão de 1,8% para cargas resistivas e 2,2% para cargasindutivas. Ambos os tipos de cargas foram desequilibradasdurante os testes e nenhuma influência do desequilíbrio foipercebida na tensão terminal.

5 CONCLUSÕES

Uma estratégia de operação para um sistema de geração deenergia baseado em gerador de indução, operando comfreqüência síncrona constante, tensão regulada, capaz dealimentar cargas indutivas e sustentar a partida de motores, foiapresentada neste trabalho. A estratégia proposta é compatívelcom operação tanto com velocidade regulada, quanto comvelocidade não regulada na máquina primária.

Duas estruturas foram propostas, sendo que uma delas empregaregulador de velocidade na máquina primária, com o objetivode adequar a potência gerada à demanda da carga. A outraestrutura proposta não utiliza o regulador de velocidade, e apotência gerada é determinada pela disponibilidade de

potência na máquina primária. Neste caso, o sistema operacomo co-gerador, enviando o excedente de energia para umarede monofásica.

Os sistemas propostos são adequados para utilização emsistemas cuja fonte energética produz variações de velocidadeda máquina primária em uma faixa relativamente estreita, taiscomo MCH e geradores Diesel.

Em ambos os sistemas, o inversor PWM garante freqüênciaconstante nos terminais do GI e provê a compensação dapotência reativa na carga CA. Além disto, a energiaarmazenada no capacitor Ccc é uma forma de armazenarenergia com rápida disponibilidade de uso, resultando noaumento da robustez do sistema diante de transitórios de carga,tais como partida de motores e elevados incrementos depotência na carga.

O sistema apresentou, experimentalmente, boa robustez ecapacidade de operar com tensão regulada e freqüênciaconstante, inclusive na presença de cargas indutivas.

A associação de GI com inversores de tensão PWM, nos níveisde potência propostos para as estruturas descritas nestetrabalho, é hoje possível graças à evolução experimentadapelos conversores e semicondutores eletrônicos de potência nasduas últimas décadas.

O emprego de uma máquina de indução com rotor em gaiola de

(a)

(b)

20ms/div

2A/div

(c)

2A/div

2A/div

Figura 9 - Corrente no conjunto GI-banco Cca (IS) (a), noinversor PWM (II) (b) e no motor (IM) (c).

(c).

(a)

(b)

(c)1 A/div 50 Hz/div

10 ms/div

5 A/div

100 V/div

Figura 10 - Tensão na rede monofásica (a), correnteinjetada na rede (b) e espectro da corrente injetada (c).

(a)

(b)

200ms/div

5A/div

250V/div

Figura 8 - Tensão terminal do GI (a) e corrente de linhado motor (b), durante a partida direta.


projeto convencional, associada a um inversor de tensão PWMde propósito geral, torna os sistemas propostos uma alternativaatrativa, em termos de custos, em relação ao emprego dogerador síncrono, para potências de até 50 kW.

O controle da tensão Vcc do inversor, exercido pelo reguladorde velocidade, comprovou ser uma estratégia eficaz paraobtenção do balanço de potência do sistema e regulação datensão terminal do gerador, no sistema de geração comvelocidade controlada.

A operação do sistema como co-gerador de energia, enviandocorrente senoidal e com fator de potência unitário para a rede,através de uma linha monofásica, apresentou-se como umametodologia eficaz de controle da tensão Vcc. Esta metodologiapermite a eliminação do regulador de velocidade, resultandoem significativa redução de custos em casos como o de MCHde baixa potência.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem o apoio financeiro das agências FAPESPe CAPES, bem como o auxílio do Prof. Giorgio Spiazzi narealização experimental.

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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500 V/div

5 A/div

1 A/div 200 ms/div

(a)

(b)

(c)

Figura 11 - Tensão terminal do GI (a), corrente injetadana rede (b) e corrente de linha na carga (c).


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