PEA3399 Conversão de Energia

Transcrição

1 PEA3399 Conversão de Energia Horário das aulas: Terça (16 17:40) e Quinta (14:00 15:40) Prof.: Maurício B. C. Salles (Sala: A2 17) E mail: mausalles@usp.br Fone: (11) Monitor: Luís Felipe Normandia Lourenço (Sala: A2 17) lfnlourenco@usp.br

2 Resumo - Aula 9

3 CH Princípio de funcionamento (genérico) Fonte:

4 CH Princípio de funcionamento (Itaipu) Itaipu Fonte:

5 CH Principais Tipos de turbinas Potência em turbinas de eixo vertical P ghq P = Potência (Watts) η = eficiência da turbina ρ = densidade da água (kg/m³) g = aceleração da gravidade (9.81 m/s²) h = altura líquida queda (m). For still water, this is the difference in height between the inlet and outlet surfaces. Moving water has an additional component added to account for the kinetic energy of the flow. The total head equals the pressure head plus velocity head. q = fluxo (m³/s)

6 Geradores síncronos (GS)

7 Uso de máquinas de síncrona Nonsalient polo rotor Salient polo rotor

8 Uso de máquinas de síncrona

9 Uso de máquinas de síncrona (turbogerador)

10 Uso de máquinas de síncrona (turbogerador a vapor)

11 Uso de máquinas de síncrona (gerador diesel)

12 Uso de máquinas de síncrona (aerogerador) The Enercon E-126 is a wind turbine model manufactured by the German company Enercon. With a hub height of 135 m (443 ft), rotor diameter of 126 m (413 ft) and a total height of 198 m (650 ft), this large model can generate up to 7,58 MW of power per turbine, making it the wind turbine with the second highest nameplate capacity after the Vestas V164. Fonte:

13 Uso de máquinas de síncrona (aerogerador) Fonte:

14 Uso de máquinas de síncrona (aerogerador) Direct drive: sem multiplicador de velocidade Fontes: 1) 2)

15 Uso de máquinas de síncrona (aerogerador) Rotor do gerador Fonte: Chapter 8 Wind Turbine Gearbox Technologies By Adam M. Ragheb and Magdi Ragheb Fundamental and Advanced Topics in Wind Power", book edited by Rupp Carriveau,

16 Uso de máquinas de síncrona (aerogerador) Estator do gerador Fonte:

17 Gerador síncrono (hidrogerador) Estator de um hidrogerador

18 Gerador síncrono (hidrogerador) Rotor de um hidrogerador

19 Geradores síncronos (GS): Princípio de funcionamento

20 Máquinas de síncrona Princípio de funcionamento Fonte:

21 Gerador síncrono (hidrogerador) Enrolamento do Estator de um hidrogerador Fonte:

22 Gerador síncrono (hidrogerador) Polo de uma máquina síncrona Fonte:

23 Gerador síncrono (hidrogerador) Enrolamento do Polo de uma máquina síncrona Fonte:

24 Características básicas de máquinas síncronas - estator O enrolamento do estator (armadura) é trifásico e distribuído (igual ao da máquina de indução) e é ligado diretamente a uma fonte CA ou à carga; Os enrolamentos da armadura são posicionados com diferença angular de 120 o, de forma que as tensões induzidas nos três enrolamentos serão defasadas de 120 o ; O enrolamento do estator pode ser conectado em Y ou em D.

25 Características básicas de máquinas síncronas - rotor O enrolamento de campo é posicionado no rotor e é alimentado por uma fonte CC através de escovas deslizantes sobre anéis coletores, que giram com o rotor; A corrente CC (I f ) de campo produz campo magnético no entreferro. Quando o rotor gira, acionado por uma turbina, o enrolamento de armadura é concatenado por um campo girante, o qual induz uma tensão variável trifásica nos seus terminais.

26 Gerador Síncrono Gerador Síncrono: Tensão induzida Forma de onda senoidal Número de polos Controle da tensão induzida Fases de um gerador síncrono Fasores das tensões Circuito elétrico equivalente

27 Gerador Síncrono O campo girante no entreferro e o rotor giram na mesma velocidade (síncrona); Usado em situações que demandem velocidade constante com carga variável (95% dos geradores elétricos); Usado com diferentes fontes primárias.

28 Características básicas de máquinas síncronas

29 Características básicas de máquinas síncronas - estator Tensão induzida no estator: mations

30 Características básicas de máquinas síncronas - estator Tensão induzida no estator: mations

31 Características básicas de máquinas síncronas Máquinas com muitos pólos e baixa velocidade, em geral tem o rotor de pólos salientes; - diâmetro grande - comprimento pequeno - eixo vertical Máquinas com poucos pólos e alta velocidade, em geral tem o rotor cilíndrico; - diâmetro pequeno - comprimento grande - eixo horizontal

32 Máquina síncrona trifásica característica de magnetização O campo girante no entreferro, produzido pelo rotor, induz tensão trifásica senoidal nos enrolamentos do estator; A velocidade do rotor e a frequência das tensões induzidas são relacionadas por: n 120 f p [rpm] - p = número de polos - f = frequência elétrica

33 Máquina síncrona trifásica característica de magnetização A tensão eficaz induzida por fase E f é dada por: E rms 4,44. f. N.. k max w onde, k w N max é o fluxo por pólo devido a corrente de campo I é o fator de enrolamento, devido à disposição do enrolamento é o número de espiras por fase f

34 Máquina síncrona trifásica característica de magnetização Campo magnético rotacional do rotor no enrolamento estacionário do estator

35 Operação do gerador síncrono em uma rede interligada Geradores síncronos operando em paralelo.

36 Operação do gerador síncrono em uma rede interligada Geradores síncronos operando em paralelo (sincronização com a rede).