JÚLIO VÍTOR KUNZLER JÚNIOR ANÁLISES TEÓRICA E EXPERIMENTAL DO GERADOR ASSÍNCRONO DE DUPLA ALIMENTAÇÃO O GEADA, E CONTRIBUIÇÃO À SUA OPERAÇÃO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA JÚLIO VÍTOR KUNZLER JÚNIOR ANÁLISES TEÓRICA E EXPERIMENTAL DO GERADOR ASSÍNCRONO DE DUPLA ALIMENTAÇÃO O GEADA, E CONTRIBUIÇÃO À SUA OPERAÇÃO Porto Alegre 006

2 JÚLIO VÍTOR KUNZLER JÚNIOR ANÁLISES TEÓRICA E EXPERIMENTAL DO GERADOR ASSÍNCRONO DE DUPLA ALIMENTAÇÃO O GEADA, E CONTRIBUIÇÃO À SUA OPERAÇÃO Diertação de metrado apreentada ao Programa de Pó-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE), da Univeridade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), como parte do requiito para a obtenção do título de Metre em Engenharia Elétrica. Área de concentração: Automação e Intrumentação Eletro-Eletrônica. ORIENTADOR: Prof. PhD. Ály Ferreira Flore Filho Porto Alegre 006

3 JÚLIO VÍTOR KUNZLER JÚNIOR ANÁLISES TEÓRICA E EXPERIMENTAL DO GERADOR ASSÍNCRONO DE DUPLA ALIMENTAÇÃO O GEADA, E CONTRIBUIÇÃO À SUA OPERAÇÃO Eta diertação foi julgada adequada para a obtenção do título de Metre em Engenharia Elétrica e aprovada em ua forma final pelo Orientador e pela Banca Examinadora. Orientador: Prof. PhD. Ály Ferreira Flore Filho, UFRGS. Doutor pela Cardiff School of Engineering, Univerity of Wale, Cardiff, Paí de Gale, Reino Unido. Banca Examinadora: Prof. PhD. Felix Alberto Farret, Doutor pela Univeridade de Londre, ICSTM, Grã-Bretanha. Prof. Dr. Roberto Petry Homrich, Doutor pela Univeridade Etadual de Campina, UNICAMP, Campina/SP, Brail. Prof. Dr. Romeu Reginatto, Doutor pela Univeridade Federal de Santa Catarina, UFSC, Florianópoli/SC, Brail. Coordenador do PPGEE: Prof. Dr. Marcelo Soare Lubazewki. Porto Alegre, dezembro de 006.

4 DEDICATÓRIA Dedico ete trabalho ao meu querido núcleo familiar, Lizandra, Vítor Emmanuel e Arthur Gabriel, pela compreenão, dedicação e apoio em todo o momento ao longo deta caminhada. Também não e podem equecer a geraçõe futura que cada vez mai dependerão de um melhor aproveitamento da fonte de energia diponívei na natureza.

5 AGRADECIMENTOS Sem Deu nada é poível, e por io agradeço a Ele toda a iluminação durante a minha vida. Agradeço à minha epoa Lizandra pelo apoio, força, paciência e cumplicidade, e ao meu filho, Vítor e Arthur, por acreditarem em mim e eperarem, impacientemente, pelo dia em que eu voltaria a ter mai tempo para com ele, e também ao meu pai, Júlio e Gielda, por motrar a importância que o conhecimento tem na vida. Agradeço ao Profeor Ály pela acolhida e orientação ao longo de todo ete ano, pelo apoio e incentivo indipenávei à concluão dete trabalho, aim como ao demai profeore e colega do LMEAE. Ao engenheiro Lui Gutavo Lauer, da SEW Eurodrive, agradeço pelo apoio na operação do inveror de freqüência fornecido ao LMEAE e utilizado como converor de freqüência nete projeto. Ao Programa de Pó-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) da UFRGS, agradeço pela oportunidade de realização do trabalho neta área de pequia. Ao colega do PPGEE, agradeço pelo eu auxílio na tarefa deenvolvida durante o curo e atividade da pequia. A CEEE, Companhia Etadual de Energia Elétrica, da qual faço parte de eu quadro funcional, agradeço pela diponibilidade de recuro ao Projeto de P&D do qual ete trabalho de metrado faz parte. Ao meu amigo e colega, engenheiro Marcu Viníciu Cerutti, agradeço pelo apoio na reta final do trabalho, tornando alguma tarefa mai fácei.

6 RESUMO Ete trabalho apreenta a análie teórica e experimental do gerador aíncrono de dupla alimentação, denominado GEADA ao longo dete trabalho, operando em regime permanente com velocidade não fixa, ma com freqüência da armadura contante. Compreende o ecopo do trabalho a análie teórica a partir do circuito equivalente do gerador, a análie teórica e experimental da curva de magnetização do GEADA operando em freqüência do rotor variável, uma propota de adaptação da curva de capacidade aplicada na operação do geradore íncrono para o GEADA e a ua análie coniderando-o como máquina íncrona a partir do eu terminai, o enaio normalizado e complementare neceário para o levantamento do parâmetro para ete circuito equivalente e enaio do GEADA operando com carga para verificação de eu deempenho O reultado obtido permitem um melhor entendimento dee itema de geração, de ua condiçõe de operação e utilização em itema de geração de velocidade não fixa como, por exemplo, itema eólico e hidrelétrico. Palavra-chave: Geração de energia elétrica. Gerador com velocidade variável. Gerador aíncrono de dupla alimentação. Curva de capacidade.

7 ABSTRACT The tudy preent the theoretical and experimental analyi of the double fed aynchronou generator, called GEADA, operating in teady tate with non-fixed peed but with contant armature frequency. It comprehend the theoretical analyi baed on the equivalent circuit of thi generator, the theoretical and experimental analyi of the curve of magnetization of the GEADA operating with variable rotor frequency. A propoal of adaptation of the capability curve applied in the operation of the ynchronou generator for the GEADA i alo preented, it analyi conidering it a a ynchronou machine from it terminal, the tandard and complementary tet neceary for the calculation of the parameter for the equivalent circuit and the tet with the GEADA operating under on-load condition to verify it performance. The achieved reult allow a better undertanding of thi generation ytem, it operational condition and applicability to the power generation ytem baed on variable peed, uch a wind and hydroelectric power plant. Keyword: Electric power generation. Doubly-fed aynchronou generator. Double fed induction generator, DFIG. Variable peed contant frequency aynchronou generator. Capability curve.

8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO MOTIVAÇÃO OBJETIVOS DO TRABALHO ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO...4 REVISÃO DA LITERATURA PANORAMA GERAL...6. OS DIFERENTES TIPOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA BENEFÍCIOS DA GERAÇÃO COM VELOCIDADE VARIÁVEL ESTUDOS DE REGIME PERMANENTE DO SISTEMA DE GERAÇÃO ESTUDOS DINÂMICOS DO SISTEMA DE GERAÇÃO MODELOS DE CONTROLE PARA O SISTEMA DE GERAÇÃO O SISTEMA CONVERSOR DE POTÊNCIA DE QUATRO QUADRANTES NOVAS PROPOSTAS PARA O SISTEMA DE GERAÇÃO COM VELOCIDADE VARIÁVEL A GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA COM VELOCIDADE VARIÁVEL NO BRASIL OUTROS ESTUDOS PERTINENTES AO TEMA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA COM VELOCIDADE VARIÁVEL TRABALHOS SOBRE CURVAS CARACTERÍSTICAS DE GERADORES ASSÍNCRONOS DE DUPLA ALIMENTAÇÃO O MODELO DE REGIME PERMANENTE PARA O GEADA CONSIDERAÇÕES SOBRE O GEADA O CIRCUITO EQUIVALENTE PARA O ESTUDO DO REGIME PERMANENTE DO GEADA EQUACIONAMENTO DAS CORRENTES DO CIRCUITO EQUIVALENTE DO GEADA A corrente de rotor A corrente de etator Forma finai da corrente do rotor e do etator BALANÇO E FLUXOS DE POTÊNCIAS APLICADOS AO GEADA EM REGIME PERMANENTE ANÁLISE DOS CONJUGADOS MECÂNICO E ELETROMAGNÉTICO E ÂNGULO DE CARGA Princípio da converão de energia O conjugado O conceito de potência de ecorregamento ANÁLISE DO FLUXO DE POTÊNCIA NO SISTEMA DE GERAÇÃO POTÊNCIA MECÂNICA NO SISTEMA DE GERAÇÃO POTÊNCIAS ATIVAS NO GEADA O circuito equivalente em regime permanente do GEADA com a explicitação da componente da potência ativa e mecânica no circuito do rotor Potência ativa no rotor do GEADA Potência ativa no etator do GEADA Potência ativa diponível à carga Potência ativa no entreferro do GEADA Relaçõe entre a demai potência ativa do GEADA...81

9 4.5 POTÊNCIAS REATIVAS NO SISTEMA DE GERAÇÃO Potência reativa no rotor do GEADA Potência reativa no etator do GEADA Potência de magnetização do GEADA Potência reativa da carga Potência reativa no entreferro do GEADA O EQUACIONAMENTO DAS POTÊNCIAS DO GEADA MODOS OPERATIVOS DO GEADA Modo operativo ubíncrono Modo operativo obreíncrono ANÁLISE DO FATOR DE POTÊNCIA DO GEADA Relação da tenão do rotor com o fator de potência do GEADA ANÁLISE DO RENDIMENTO DO GEADA O rendimento no modo operativo ubíncrono O rendimento no modo operativo obreíncrono ANÁLISE DO GEADA COMO GERADOR SÍNCRONO SEMELHANÇAS ENTRE O GEADA E UM GERADOR SÍNCRONO DIFERENÇAS ENTRE O GEADA E UM GERADOR SÍNCRONO A REATÂNCIA SÍNCRONA E A TENSÃO INTERNA ANÁLISE DO GEADA COMO GERADOR SÍNCRONO Ângulo de potência do GEADA Limite de etabilidade em regime permanente para o GEADA CURVAS CARACTERÍSTICAS DO GEADA CURVA DE EXCITAÇÃO REGIÕES DE OPERAÇÃO Aplicação do conceito de regiõe de operação ao GEADA PROPOSTA DE CURVA DE CAPACIDADE DO GEADA A aplicação da curva de capacidade para o geradore íncrono O fatore que limitam a capacidade de um gerador íncrono Conideraçõe preliminare A curva de capacidade do GEADA A aplicação da curva de capacidade do GEADA ESTUDOS EXPERIMENTAIS ASPECTOS CONSTRUTIVOS DO GEADA Critério para o projeto do enrolamento do GEADA Conideraçõe obre o retrofitting do GEADA CRITÉRIOS PARA A DEFINIÇÃO DO CONVERSOR DE POTÊNCIA Utilização do inveror de freqüência comercial como converor de potência BANCADA DE TESTES PARA O GEADA ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO DOS PARÂMETROS DO GEADA Enaio para verificação da relação de tranformação entre o enrolamento do rotor e do etator Enaio para medição da reitência do enrolamento do GEADA Enaio com o gerador a vazio Enaio com o rotor aberto e na velocidade íncrona Enaio com o rotor parado e aberto Enaio com o rotor bloqueado Cálculo do parâmetro do circuito equivalente do GEADA a partir do enaio da norma IEEE Std 11/ ENSAIOS DA CURVA DE MAGNETIZAÇÃO DO GEADA...149

10 7.5.1 Enaio da curva de magnetização do GEADA com corrente contínua no rotor Enaio da curva de magnetização do GEADA com corrente alternada no rotor Concluõe obre a curva de magnetização do GEADA ENSAIOS DO GEADA OPERANDO COM CARGA Curva de regulação do GEADA Curva de carga do GEADA Curva da corrente do rotor em função da corrente de carga do GEADA Curva comparativa do conjugado do modo operativo ubíncrono e obreíncrono do GEADA CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES CONCLUSÕES DAS ANÁLISES TEÓRICAS E EXPERIMENTAIS DO GERADOR ASSÍNCRONO DE DUPLA ALIMENTAÇÃO CONTRIBUIÇÕES AO ESTUDO DO GERADOR ASSÍNCRONO DE DUPLA ALIMENTAÇÃO PROPOSTAS DE CONTINUIDADE DO TRABALHO REFERÊNCIAS...17 APÊNDICE...181

11 LISTADE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Equema báico do gerador aíncrono de dupla alimentação....7 Figura Comparação entre reultado experimentai e numérico com ecorregamento equivalente de -600 rpm (-40%) a +600rpm (+40%) para uma máquina de 4 pólo e 50Hz (DJUROVIÉ, 1995)....8 Figura 3 Sitema iolado de geração de energia elétrica com velocidade variável (PENA, 1996)....8 Figura 4 Curva da potência reativa em relação a tenão do rotor para uma máquina de 3hp (FERREIRA, 004) Figura 5 Curva da corrente e da tenão do rotor em função da velocidade para uma máquina de 7,5kW, 50Hz e 6 pólo (SMITH, 005) Figura 6 Comparação entre o etudo teórico de regime permanente e o controle dinâmico implementado no enaio para uma máquina de 7,5kW, 50Hz e 6 pólo (SMITH, 005) Figura 7 Referência dq0 e abc arbitrária para tranformação de variávei Figura 8 Diagrama equemático do itema de geração com o gerador aíncrono de dupla alimentação (ÇADIRCI, 1994)...44 Figura 9 - Diagrama equemático do itema de converor c.a./c.c./c.a. etudado por (HABETLER, 1993)...45 Figura 10 Equema do Sitema de geração do tipo KRAMER etático (BAROUDI, 005)46 Figura 11 Equema de Geração com converor de potência de quatro quadrante (BAROUDI, 005)...46 Figura 1 Equema de Geração com converor matricial de potência (BAROUDI, 005)..46 Figura 13 Sitema iolado de geração de energia elétrica com velocidade variável (HOFMANN, 00) Figura 14 Sitema híbrido de geração com o gerador aíncrono de dupla alimentação e uma célula combutível conectada ao barramento CC do eu converor de potência (PALLE, 005) Figura 15 - Curva de conjugado para um gerador aíncrono de dupla alimentação, com a tenão do rotor igual a -5V, no modo obreíncrono, 0V quando o rotor tem eu terminai curto-circuitado e igual a +5V no modo ubíncrono. (OLIVEIRA, 004) Figura 16 - Curva da potência ativa do etator e do rotor de um gerador aíncrono de dupla alimentação em função do ecorregamento, com Pr a potência ativa no rotor e P a potência ativa no etator. (OLIVEIRA, 004) Figura 17 - Curva da potência ativa total diponível para a carga ou itema elétrico, de um gerador aíncrono de dupla alimentação em função do ecorregamento. (OLIVEIRA, 004) Figura 18 - Curva da potência reativa de um gerador aíncrono de dupla alimentação em função do ecorregamento, com a tenão do rotor igual a -5V, no modo obreíncrono, 0V quando o rotor tem eu terminai curto-circuitado e igual a +5V no modo ubíncrono (OLIVEIRA, 004)....54

12 Figura 19 - Curva da potência reativa de um gerador aíncrono de dupla alimentação em função da potência ativa, com a tenão do rotor igual a -5V, no modo obreíncrono, 0V quando o rotor tem eu terminai curto-circuitado e igual a +5V no modo ubíncrono (OLIVEIRA, 004) Figura 0 - Curva V da corrente do etator em função da tenão do rotor, para trê valore de ecorregamento para uma máquina de 1,5kW, 115V, 50Hz e pólo (TAMURA, 1989) Figura 1 - Curva V da potência reativa fornecida ao itema elétrico ou carga em função da tenão do rotor para uma máquina de 3hp (FERREIRA, 004) Figura - Curva V da potência aparente diponível ao itema elétrico ou carga em função da corrente de campo, para turbogeradore íncrono (IEEE, 1990)...57 Figura 3 Circuito equivalente completo para o gerador de dupla alimentação Figura 4 Circuito equivalente para o etudo do gerador de dupla alimentação...61 Figura 5 Diagrama para a tenõe do circuito equivalente para o gerador de dupla alimentação em etudo...61 Figura 6 Equivalente Thèvenin do circuito equivalente do etator do GEADA Figura 7 Equivalente Thèvenin do etator com o circuito equivalente do rotor do GEADA Figura 8 Equivalente Thèvenin do circuito equivalente do rotor do GEADA Figura 9 Equivalente Thèvenin do rotor com o circuito equivalente do etator do GEADA Figura 30 Balanço de potência ativa e mecânica no GEADA Figura 31 Diagrama faorial com a força magnetomotrize do etator e do rotor de uma máquina elétrica genérica Figura 3 Convenção para o fluxo de potência ativa e mecânica no itema de geração etudado Figura 33 Convenção para o fluxo de potência reativa no itema de geração etudado...76 Figura 34 Circuito equivalente do GEADA com o termo relativo à potência mecânica e à perda por efeito Joule no circuito do rotor...78 Figura 35 Convenção para o fluxo de potência ativa no GEADA implificado Figura 36 Diagrama faorial teórico do GEADA - modo ubíncrono com fator de potência, FP, unitário....9 Figura 37 Diagrama faorial teórico do GEADA - modo ubíncrono com fator de potência, FP, indutivo...9 Figura 38 Diagrama faorial teórico do GEADA - modo ubíncrono com fator de potência, FP, capacitivo....9 Figura 39 Diagrama faorial teórico do GEADA - modo obreíncrono com fator de potência, FP, unitário Figura 40 Diagrama faorial teórico do GEADA - modo obreíncrono com fator de potência, FP, indutivo Figura 41 Diagrama faorial teórico do GEADA - modo obreíncrono com fator de potência capacitivo Figura 4 Fluxo de potência ativa e mecânica no itema de geração convencional, modo ubíncrono, coniderando o converor de potência em perda...97 Figura 43 Fluxo de potência ativa e mecânica no itema de geração convencional, modo obreíncrono, coniderando o converor de potência em perda Figura 44 Circuito equivalente para o gerador íncrono para definição da reatância íncrona (a) em função da queda de tenõe e (b) em função do parâmetro...10 Figura 45 Diagrama faorial para regime permanente do gerador íncrono (a) em função da queda de tenão e (b) em função do parâmetro (JORDÃO, 1980)....10

13 Figura 46 Circuito equivalente para o GEADA conforme conceito de gerador íncrono Figura 47 Circuito equivalente do circuito do rotor do GEADA (a) circuito equivalente (b) equivalente Thèvenin e (c) equivalente como gerador íncrono Figura 48 Circuito equivalente do circuito do etator do GEADA (a) circuito equivalente (b) equivalente Thèvenin e (c) equivalente como gerador íncrono Figura 49 Circuito equivalente para o conceito de reatância íncrona do GEADA (a) com parâmetro e tenão induzida a partir do rotor e (b) com a reatância íncrona Figura 50 Diagrama faorial, ângulo de potência e fator de potência para o GEADA, com o conceito de reatância íncrona Figura 51 Curva de magnetização (eo) conceitual de gerador íncrono (JORDÃO, 1984).109 Figura 5 Circuito equivalente para a curva de regiõe de operação do rotor Figura 53 Repreentação gráfica conceitual da tenão do rotor em função da corrente do etator com o centro e o raio...11 Figura 54 Região de operação (hachurada) para tenão do rotor do gerador aíncrono de dupla alimentação modo operativo íncrono, para um gerador de 30MW e kv (BENDL, 1998) Figura 55 Região de operação (hachurada) para tenão do rotor do gerador aíncrono de dupla alimentação modo operativo ubíncrono, para um gerador de 30MW e kv (BENDL, 1998) Figura 56 Região de operação (hachurada) para tenão do rotor do gerador aíncrono de dupla alimentação modo operativo obreíncrono, para um gerador de 30MW e kv (BENDL, 1998) Figura 57 Região de operação (hachurada) para a potência da carga do gerador aíncrono de dupla alimentação modo operativo íncrono, para um gerador de 30MW e kv (BENDL, 1998) Figura 58 Região de operação (hachurada) para a potência da carga do gerador aíncrono de dupla alimentação modo operativo ubíncrono, para um gerador de 30MW e kv (BENDL, 1998) Figura 59 Região de operação (hachurada) para a potência da carga do gerador aíncrono de dupla alimentação modo operativo obreíncrono, para um gerador de 30MW e kv (BENDL, 1998) Figura 60 Curva de capacidade de geradore íncrono genérica relação da divera componente com o itema de geração convencional. (LEMOS, 006) Figura 61 Circuito equivalente para (a) o gerador íncrono e (b) o conceito de reatância íncrona e tenão interna do GEADA...11 Figura 6 Diagrama faorial do GEADA como gerador íncrono, com a reatância íncrona, tenão interna e tenão e corrente no etator Figura 63 Diagrama faorial do GEADA com o eboço do trecho relativo ao limite da corrente do rotor e do etator Figura 64 Curva de capacidade propota para o GEADA...14 Figura 65 Foto do (a) etator do GEADA e (b) detalhe da bobina do etator...18 Figura 66 Foto do (a) rotor GEADA e (b) detalhe da bobina do rotor...18 Figura 67 Foto do (a) anéi e ecova do GEADA e (b) detalhe do anéi com indicação do anel novo...19 Figura 68 Foto da (a) e (b) montagem do rotor no interior do etator do GEADA...19 Figura 69 Diagrama equemático da bancada de tete do GEADA Figura 70 Foto da bancada de tete do GEADA Figura 71 Foto da bancada de tete do GEADA e quadro de comando do motor CC e do inveror de freqüência Figura 7 Terminai do etator do GEADA...137

14 Figura 73 Terminai do rotor do GEADA Figura 74 Gráfico para cálculo da perda por atrito e ventilação no enaio a vazio do GEADA Figura 75 Impedância de acordo com a poição angular do rotor em relação ao etator, com o valore em Figura 76 Montagem da bancada para o enaio da curva de magnetização do GEADA com o rotor alimentado com corrente contínua Figura 77 Equema de ligação do terminai do enrolamento do rotor para o enaio da curva de magnetização em corrente contínua (a) equema 1 e (b) equema Figura 78 Curva de magnetização do GEADA com corrente contínua no rotor, comparando-e o equema de ligação 1 e do terminai do rotor Figura 79 Curva de magnetização do GEADA com corrente contínua no rotor, comparando-e o equema de ligação 1 e do terminai do rotor Figura 80 Forma de onda da tenão gerada no terminai do etator do GEADA com o equema de ligação para (a) o primeiro ponto, (b) quinto ponto, (c) décimo egundo ponto e (d) o vigéimo quarto ponto Figura 81 Montagem da bancada para o enaio da curva de magnetização do GEADA com o rotor alimentado com corrente alternada Figura 8 Curva de magnetização do GEADA com corrente alternada no rotor Figura 83 Forma de onda da tenão gerada no terminai do etator do GEADA com corrente alternada, freqüência de chaveamento do converor de potência 16kHz e = +10% para (a) o primeiro ponto, (b) quinto ponto, (c) décimo ponto e (d) o décimo quinto ponto Figura 84 Forma de onda da tenão gerada no terminai do etator do GEADA com corrente alternada, freqüência de chaveamento do converor de potência 4kHz e = +10% para (a) o primeiro ponto, (b) quinto ponto, (c) décimo ponto e (d) o décimo quinto ponto Figura 85 Forma de onda da tenão gerada no terminai do etator do GEADA com corrente alternada, freqüência de chaveamento 4kHz e = -10% para (a) o primeiro ponto, (b) quinto ponto, (c) décimo ponto e (d) o décimo quinto ponto Figura 86 Curva de magnetização do GEADA com corrente contínua e corrente alternada no rotor Figura 87 Montagem da bancada para o enaio da curva de regulação do GEADA Figura 88 Curva conceituai de regulação para um gerador íncrono genérico (JORDÃO, 1980) Figura 89 Curva de regulação para o GEADA com o ecorregamento = +10% Figura 90 Curva de carga (tenão e freqüência gerada) com fator de potência unitário do GEADA para o ecorregamento de = +10%, = +5% e = -10% Figura 91 Zoom da curva de carga (tenão e freqüência gerada) de fator de potência unitário do GEADA para o ecorregamento de = +10%, = +5% e = -10%, motrando a pequena variação da tenão entre +1% e -0,5% Figura 9 Curva de carga de fator de potência unitário do GEADA para o ecorregamento de = +10%, = +5% e = -10% Figura 93 Curva comparativa do conjugado do GEADA para o ecorregamento de = +10%, = +5% e = -10%, para fin de análie qualitativa

15 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Comparação da geração com velocidade fixa com a geração com a velocidade variável para uma Uina Hidrelétrica (SAIDEL, 1997)....3 Tabela - Comparação da perda no ferro em relação à perda totai (ESKANDER, 1996)...36 Tabela 3 Dado de placa originai do motor e dado do GEADA apó o retrofitting...16 Tabela 4 Dado de placa do inveror de freqüência da SEW utilizado para o enaio e operação do GEADA Tabela 5 - Equipamento utilizado no enaio de caracterização do GEADA Tabela 6 - Relação de Tranformação entre o etator e o rotor do GEADA Tabela 7 - Relação de Tranformação entre o rotor e o etator do GEADA Tabela 8 - Reitência do rotor e do etator do GEADA medida com ohmímetro Tabela 9 - Grandeza medida no enaio a vazio do GEADA Tabela 10 - Grandeza medida no Enaio a vazio do GEADA com o rotor na velocidade íncrona...14 Tabela 11 - Grandeza medida no Enaio com o rotor parado e aberto...14 Tabela 1 Valore medido de tenão e corrente no terminai do etator variando-e a poição angular entre o rotor bloqueado e o etator do GEADA Tabela 13 - Grandeza medida no enaio com o rotor bloqueado Tabela 14 - Iteraçõe para o cálculo do parâmetro do GEADA, a partir do enaio a vazio e do enaio com o rotor bloqueado Tabela 15 - Iteraçõe para o cálculo do parâmetro do GEADA a partir do enaio a vazio com o rotor à velocidade íncrona e do enaio com o rotor bloqueado Tabela 16 - Iteraçõe para o cálculo do parâmetro do GEADA a partir do enaio com o rotor aberto e à velocidade íncrona e do enaio com o rotor bloqueado Tabela 17 - Demai parâmetro calculado a partir do enaio a vazio e com o rotor bloqueado Tabela 18 - Parâmetro calculado para o circuito equivalente do GEADA Tabela 19 - Intrumento utilizado no enaio da curva de magnetização do GEADA Tabela 0 - Valore medido no enaio da curva de magnetização do GEADA com corrente continua, equema de ligação Tabela 1 - Valore medido no enaio da curva de magnetização do GEADA com corrente continua, equema de ligação Tabela - Valore medido no enaio da curva de magnetização do GEADA com corrente alternada, freqüência de chaveamento em 16kHz e = + 10% Tabela 3 - Valore medido no enaio da curva de magnetização do GEADA com corrente alternada, freqüência de chaveamento em 4kHz e = + 10% Tabela 4 - Valore medido no enaio da curva de magnetização do GEADA com corrente alternada, freqüência de chaveamento em 4kHz e = - 10% Tabela 5 - Valore medido no enaio da curva de regulação do GEADA, com ecorregamento = + 10%...163

16 Tabela 6 - Valore medido no enaio da curva de carga (tenão e freqüência gerada) com fator de potência unitário, do GEADA, para o ecorregamento de = +10%, = +5% e = -10% Tabela 7 - Valore medido para a corrente de carga e corrente do rotor, no enaio da curva de carga com fator de potência unitário, do GEADA, para o ecorregamento de = +10%, = +5% e = -10%, motrando a pequena variação da tenão entre +1% e -0,5%...166

17 LISTA DE ABREVIATURAS ABNT: Aociação Braileira de Norma Técnica; ANSI: American National Standard Intitute; CEEE: Companhia Etadual de Energia Elétrica; f.e.m.: força eletromotriz; f.m.m.: força magnetomotriz; GEADA: Gerador aíncrono de dupla alimentação, o gerador foco dee etudo; IEEE: The Intitute of Electrical and Electronic Engineer; LMEAE: Laboratório de Máquina Elétrica, Acionamento e Energia, da UFRGS; rm: a média quadrática (root mean quare) de uma grandeza; V/f : modo de controle ecalar do inveror de freqüência comercial que mantém contante a relação entre a tenão e a freqüência fornecida ao motor de indução;

18 LISTADE SÍMBOLOS f íncrona : freqüência íncrona da tenão gerada no terminai do gerador, em [Hz]; f campo _ girante : freqüência do campo girante no gerador, em [Hz]; f rotor : freqüência correpondente à velocidade de rotação do rotor, em [Hz]; I 1: módulo da corrente do etator, em [A]; V : módulo da tenão do rotor, em [V]; qd0 : variávei repreentativa da máquina elétrica a partir da tranformação de Park;, : coordenada uada no modelo emelhante ao modelo dq0 ; fa, fb, fc, fq, fd,, : coordenada genérica para relação da tranformação de Park; R ' x : reitência equivalente para o converor de potência, em []; a : relação de tranformação da tenão do etator para a tenão do rotor, adimenional; ' I : módulo da corrente do rotor referida ao etator, em [A]; V 1 : módulo da tenão de aída do terminai do etator, em [V]; P M : potência mecânica no eixo, em [W]; r i : reitência correpondente à perda no ferro, em []; I 1a : módulo da corrente no etator, em [A]; V a : módulo da tenão do rotor, referida ao etator, em [V]; V : faor tenão do etator, para o modelo do GEADA em regime permanente, em [V];

19 V r : faor tenão do rotor, para o modelo do GEADA em regime permanente, em [V]; R : reitência do etator, para o modelo do GEADA em regime permanente, em []; R r: reitência do rotor, para o modelo do GEADA em regime permanente em []; R fe: reitência correpondente à perda no ferro, para o modelo do GEADA em X X r X m regime permanente, em []; : reatância de diperão do etator, para o modelo do GEADA em regime permanente, em []; : reatância de diperão do rotor, para o modelo do GEADA em regime permanente, em []; : reatância de magnetização, para o modelo do GEADA em regime permanente, em []; I : faor corrente do etator, para o modelo do GEADA em regime permanente, em [A]; I r : faor corrente do rotor, para o modelo do GEADA em regime permanente, em [A]; Im : faor corrente de magnetização, para o modelo do GEADA em regime permanente, em [A]; V r : ângulo de fae da tenão do rotor, em [rad]; E : faor tenão interna (f.e.m. induzida), em [V]; : velocidade íncrona, em [rad/]; r : velocidade do rotor, em [rad/]; V Th V Thr Z Th Z Thr : faor tenão equivalente do modelo Thèvenin para o etator, em [V]; : faor tenão equivalente do modelo Thèvenin para o rotor, em [V]; : impedância equivalente do modelo Thèvenin para o etator, em []; : faor da tenão do modelo Thèvenin para o rotor, em []; W entrada : energia de entrada no itema de geração, em [J];

20 W aída : energia de aída no itema de geração, em [J]; W carga : energia diponível para a carga do itema de geração, em [J]; W perda : energia de perda ôhmica no itema de geração, em [J]; W magnética : energia relativa ao circuito magnético no itema de geração, em [J]; P mec _ 3 : potência ativa total mecânica entregue pela máquina motriz ao gerador, decontada a perda, em [W]; P mec : potência ativa total mecânica entregue pela máquina motriz ao gerador, para uma fae do circuito, em [W]; P ecorr : potência ativa para compenação do ecorregamento, para uma fae do circuito, em [W]; P Joule _ r. : potência ativa conumida pela perda ôhmica por efeito Joule no rotor, para uma fae do circuito, em [W]; P Joule _. : potência ativa conumida pela perda ôhmica por efeito Joule no etator, para uma fae do circuito, em [W]; P carga : potência ativa diponível à carga ou itema elétrico ao qual o GEADA etá conectado, para uma fae do circuito, em [W]; P ferro : potência ativa conumida pela perda no ferro do gerador, para uma fae do circuito, em [W]; P perda _ mec : potência conumida pela perda mecânica por atrito e ventilação, para uma fae do circuito, em [W]; P máq _ motriz : potência mecânica bruta entregue ao itema pela máquina motriz, para uma fae do circuito, em [W]; P g : potência ativa do entreferro do gerador, conceito da oma da potência mecânica e de compenação do ecorregamento que flui para o etator, para uma fae do circuito, em [W]; P rotor : potência ativa fornecida pelo converor de potência ao rotor, para uma fae do circuito, em [W]; P atrito: potência mecânica conumida pelo atrito no mancai do eixo, em [W];