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Neste texto será abordado o funcionamento das máquinas secundárias ou os geradores de energia elétrica síncronos. Estes geradores podem ser usados por vários tipos de máquinas primárias, tais como: as hidroelétricas, as termoelétricas, as nucleares
Tipologia: Notas de aula
Compartilhado em 31/03/2020
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Caros alunos/alunas. Dando sequência ao aprendizado proposto o conteúdo de GTDEE, geração transmissão de energia elétrica, ministrado pelo professor Marcos Aluísio. Neste texto será abordado o funcionamento das máquinas secundárias ou os geradores de energia elétrica síncronos. Estes geradores podem ser usados por vários tipos de máquinas primárias, tais como: as hidroelétricas, as termoelétricas, as nucleares - que são uma modalidade das termoelétricas, as a diesel, as eólicas e outras. Como complemento do nosso aprendizado será proposto alguns exercícios com questionamentos e alguns problemas para solução individual com o objetivo de melhorar o aprendizado. Máquinas secundária ou gerador de energia elétrica, é um dispositivo utilizado para a conversão da energia mecânica proveniente das máquinas primárias, em energia elétrica. Existem vários tipos de geradores de energia elétrica cujas as características variam de acordo com as necessidades das aplicações. Os Gerador Síncrono, também chamados de alternadores, se dividem em dois tipos, os de polo liso e os de polo saliente ou cilíndrico, temos também os geradores de indução ou assíncrono que também tem dois tipos os de rotor bobinado e rotor do tipo gaiola de esquilo e por último os geradores de corrente contínua que devido aos avanços tecnológicos principalmente na área dos semicondutores já estão em obsolescência. Os geradores síncronos ou alternadores tem sua maior aplicabilidade nas centrais de grande porte como as hidrelétricas ou assemelhadas. A principal característica dos alternadores é a velocidade de rotação ou velocidade síncrona que é igual a velocidade do campo girante. Já os Geradores de indução ou Geradores assíncronos são mais utilizados em usinas termoelétrica, cujas máquinas primárias são de menor porte com potência útil menor. Os geradores assíncronos rodam com uma velocidade superior à velocidade síncrona ou velocidade do campo girante, existindo escorregamento (s) do rotor em relação ao campo girante. Gerador Síncrono. é composto de: Estator e Rotor basicamente. O estator que aloja um enrolamento monofásico ou trifásico e onde será induzida tensão alternada gerada pelo movimento do rotor, já o rotor, contém um enrolamento que é alimentado com corrente contínua e que serve para criar campo magnético principal na máquina que irá induzir no estator campos magnéticos gerando a tensão de saída. Quanto ao rotor pode ser de polo liso ou polo saliente: Polos lisos ou cilíndrico, são em geral empregados em máquinas primárias cuja estrutura permite rotações da ordem de 1800 a 3600 rpm, onde o número de polos fica entre 2 ou 4. Isto se dá devido a robustez do rotor, o que permite trabalhar com rotações mais altas. Polo saliente, são em geral empregados com número de polo maior que 4. A escolha do número de polos é função da rotação mais apropriada para máquina primária.
Velocidade dos rotores dos alternadores. As máquinas síncronas recebem esse nome porque nelas a velocidade de rotação do rotor é proporcional a frequências das tensões induzidas na armadura como mostra a seguinte equação:
120 ×𝑓 1
Nos geradores síncronos comerciais, a frequência é fixa, como no Brasil a frequência comercial padrão é 60 Hz.
7200 𝑝
Sistema de excitação das máquinas secundárias (Geradores síncronos). A excitação dos geradores é feita através da aplicação de tensão contínua ao rotor do equipamento, geradores. Como a maioria dos geradores trabalha com velocidade constante a tensão de saída depende basicamente da intensidade do campo. Assim, quando variamos a excitação deste campo variamos a tensão gerada. Figura 3
Os anéis, escovas de carvão e porta escovas fazem o contato entre as partes externa e interna do rotor vide as figuras 6a, 6b, e 6c respectivamente. A figura 6d mostra o conjunto montado em funcionamento Figura 6a Figura 6b Figura 6c Figura 6d Estes componentes fazem parte do contato elétrico entre a parte externa e interna das máquinas elétricas rotativas que estão sempre em movimento. Para melhorar a vida útil deste conjunto, anel coletor e escovas, é importante seguir as orientações dos respectivos fabricantes dos equipamentos. Excitação Brushless do inglês, sem escovas, a tensão de excitação é gerada por um gerador síncrono de menor porte acoplado ao próprio gerador principal que são interligados internamente, portanto, não é utilizada as escovas/porta-escovas e anéis para contato externo. A saída trifásica da excitatriz é transformada em corrente contínua, por um circuito retificador trifásico que também é montado no próprio eixo do rotor do gerador principal, ou seja, o conjunto retificador (diodo / SCR) giram junto com o conjunto. Esta tensão é aplicada ao rotor da máquina alimentando o circuito de campo principal da máquina. Figura 7 Na figura 7 é mostrada a uma foto com o conjunto excitatriz e o rotor com polos salientes usados na geração de energia elétrica. Importante os componentes do conjunto girante devem ter a massa igual por semelhança de componente para evitar desbalanceamento. Figura 8a Figura 8b A figura 8a mostra os componentes semicondutores montados no conjunto girante responsável pela alimentação da tensão contínua a ser aplicada no rotor principal da máquina. A figura 8b mostra o diagrama eletroeletrônico interno do sistema de excitação brushless.
No caso das máquinas síncronas brushless o controle de excitação é feito no campo da excitatriz, variando a tensão. Exercícios auxiliares Exercícios complementares. 1 Qual deve ser a rotação da máquina primária com acoplamento direto a um rotor de um gerador síncrono para fornecer em sua saída uma frequência de 50Hz. Considerar que o rotor tem 14 polos? 2 Qual deve ser a rotação da máquina primária com acoplamento direto a um rotor de um gerador síncrono para fornecer em sua saída uma frequência de 60Hz? Considerar que o rotor tem 14 polos. 3 Quantos polos deve ter um gerador cujo rotor seja acoplado direto a uma máquina primária que rode a 3600 rpm para produzir uma frequência de 60 Hz? 4 Quantos polos deve ter um gerador cujo rotor seja acoplado direto a uma máquina primária que rode a 1800 rpm para produzir uma frequência de 50Hz? 5 Qual deve ser a rotação máxima e mínima para garantir uma frequência de 50Hz? Em que uma máquina primária com acoplamento direto a um rotor de um gerador síncrono composta de dois polos. 6 Qual deve ser a rotação da máquina primária com acoplamento direto a um rotor de um gerador síncrono para fornecer em sua saída uma frequência de 60Hz? Considerar que o rotor tem 4 polos. 7 Uma máquina secundária deve gerar uma frequência de 60Hz e com 78 polos, qual deve ser a rotação do rotor? 8 Uma máquina secundária deve gerar uma frequência de 50Hz e com 66 polos qual deve ser a rotação do rotor? 9 Complete a tabela abaixo. Número de polos Frequência desejada 25Hz 45Hz 50Hz 60Hz 2 4 6 8 10 14 62