1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DE GERADOR SINCRONO UNEMAT Campus de Sinop 2016
2 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA Trabalho entregue ao Professor Emerson Ricardo de Moraes de máquinas elétricas. A do curso de Engenharia Elétrica, como parte das exigências para avaliação da disciplina. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DE GERADOR SINCRONO Bruno do Nascimento Edwin Kevin Carvalo Paula Aline Tedesco Wendell Murillo Soares SINOP-MT
3 Sumário 1. Introdução...4 2. Desenvolvimento...4 2.1. Os tipos de geradores síncronos...4 2.2. Partes principais de um gerador:...5 3. Principio de Funcionamento...6 4. Referencias bibliográficas...9
4 1. Introdução Um gerador síncrono é um tipo de maquina elétrica rotativa capaz de transformar energia mecânica (em forma de rotação) em energia elétrica. O principio de funcionamento consiste em uma excitação de fluxo no rotor. Diz-se síncrono, devido à igualdade entre a freqüência elétrica com a freqüência angular, ou seja, o gerador gira na velocidade do campo magnético, porque esta igualdade de freqüência é denominada sincronismo. Assim como as máquinas de corrente contínua e as máquinas de indução (assíncronas), as máquinas síncronas podem ser utilizadas tanto como motores como geradores. Devido a razões construtivas e ao seu custo maior em relação às máquinas de indução, elas são, entretanto mais utilizadas como geradores. Máquinas síncronas a imãs permanentes vêm tendo uma utilização cada vez maior em baixas e médias potências especialmente quando se necessitam de velocidade variável, alto rendimento e respostas dinâmicas rápidas. Praticamente toda a energia elétrica disponível é produzida por geradores síncronos em centrais elétricas; eles convertem assim energia mecânica em elétrica. Os geradores síncronos funcionam a base de principio de que um condutor é submetido a um campo magnético variável, gerando uma tensão elétrica induzida cuja polaridade depende do sentido do campo e seu valor de fluxo que atravessa. 2. Desenvolvimento 2.1. Os tipos de geradores síncronos A principal diferença entre os tipos de geradores é a sua forma de alimentação continua para fluir na excitação do motor. Excitação independente: Alimenta o rotor através de anéis rotativos e escovas.
5 Excitação principal e excitação piloto: A máquina principal continuamente tem como um enrolamento do campo outra maquina de excitação independente acionada por ele mesmo. Eletrônica de potencia: Desde a saída trifásica do gerador, retifica-se um sinal mediante a um retificador controlado, e desde o mesmo alimenta-se diretamente em continua ao rotor mediante de um jogo de contatores (anéis e escovas). O arranque se efetua utilizando uma fonte auxiliar (bateria) ate conseguir arrancar. Sem escovas de diodos giratórias: A fonte é continua em um retificador localizado dentro do motor que é alimentado em CA por um gerador em um mesmo eixo, e o seu enrolamento de campo é excitado desde um retificador controlado que retifica o sinal gerado por umas imas permanentes em seu rotor. Excitação estática: O enrolamento do campo do rotor é alimentado desde um transformador e retificador que tomam a tensão e corrente de saída do estator. O transformador tem dois enrolamentos primários (tensão e intensidade) que se conectam em paralelo e em serie da saída do estator. O transformador diminui e retifica a tensão de saída, esta se aplica ao rotor por meio das escovas e anéis deslizantes. Este é um sistema de autoregulação intrínseca, já que ao aumentar o consumo sobre o gerador tem o enrolamento em serie aumentando o fluxo do transformador, portanto, aumenta a excitação do gerador. 2.2. Partes principais de um gerador: Estator: parte fixa do gerador, também chamado de circuito de armadura, esta composta por uma carcaça metálica e um enrolamento no qual se induzira uma tensão que medira o terminal ou terminais. Os enrolamentos do estator de um gerador CA esta conectado geralmente em conexão estrela. Rotor: também chamado de circuito de campo, e a parte móvel do gerador, quer dizer, La que estará girando a velocidade constante, esta composto por uma carcaça metálica e um enrolamento, no qual se alimentara com cc para criar um campo magnético giratório. Ventilador: é o responsável de refrigerar o gerador de tal maneira que evite o superaquecer, esta acoplada no eixo de rotação.
6 Carcaça: É o invólucro do gerador, sua função principal é evitar o contato com os circuitos internos (proteção), assim como manter fixo o gerador. Eixo: fabricado, comumente, em aço forjado com carbono, de uma só peça tratada termicamente para alcançar uma estrutura homogênea livre de tensão. Sistema de excitação: um sistema de excitação ou um sistema de controle de excitação é uma combinação de aparatos desenhados para fornecimento e controlar a corrente de campo do gerador por meio de reguladores automáticos. 3. Principio de Funcionamento O princípio de funcionamento de um gerador é muito semelhante ao de uma máquina de corrente contínua sempre que houver um movimento relativo entre um condutor e um campo magnético constante no entreferro (Br) haverá uma tensão induzida no condutor. No caso da máquina síncrona os condutores são fixos na armadura e o campo magnético é forçado pela máquina primária a se mover. Por sua vez, a máquina primária é acoplada mecanicamente ao rotor onde estão alojados os pólos e exerce sobre eles uma força fazendoos girar(lei de Faraday). O movimento relativo entre o campo e o condutor faz com que surja uma tensão nos terminais do gerador. Ao ser ligado a uma carga a tensão induzida faz com que circule corrente pelo gerador e pela carga. A frequência elétrica da tensão induzida está sincronizada com a velocidade mecânica. Velocidade síncrona: Velocidade do campo girante em uma máquina multi-pólos: Campo girante é uma onda de f.m.m. que se desloca ao longo do entreferro com velocidade síncrona 120f/P formando P pólos girantes ao longo do entreferro Considerando a frequência de alimentação de 60 Hz pode-se montar a seguinte tabela:
7 A potência mecânica transferida pela máquina primária é assim convertida em energia elétrica (descontadas as perdas). Onde: P max = potência máxima possível; V = tensão de entrada; E A = tensão interna gerada; X S = reatância síncrona da máquina. O enrolamento de campo (alojado nos pólos) é alimentado por uma fonte de corrente contínua por meio de anéis deslizantes. Os enrolamentos da armadura são posicionados com diferença angular de 120º, de forma que a tensão induzida nos três enrolamentos serão defasadas de 120º, pode ser conectado em Y ou em.o enrolamento de campo (do rotor) é alimentado em CC. Existem sistemas em que não existem anéis e escovas, sendo que a tensão contínua necessária ao enrolamento de campo é fornecida por meio de um sistema de excitação estático (brushless), formado por uma ou mais excitatrizes montadas no eixo e por dispositivos. O gerador síncrono produz uma tensão do tipo alternada senoidal, podendo ser monofásica ou trifásica. Numa máquina existem não apenas um condutor sendo movimentado no campo magnético, mas uma série de condutores ligados em série, fazendo com que a potência convertida seja maior que no caso de apenas um condutor. Com este arranjo a potência da máquina é maior, aumentando o grau de aproveitamento dos materiais. A interação entre o campo magnético do estator (Bs) e do rotor (Br) produzirá um conjugado mecânico que tentará alinhar os dois campos. Este conjugado mecânico fará com que o rotor gire na mesma velocidade do campo girante (Bs) mas com um atraso angular, o
8 aumento da carga mecânica é refletido através de um aumento do ângulo entre os campos do estator e do rotor. Para que o gerador síncrono possa ser conectado a rede, ambos os sistemas devem ter: A mesma magnitude de tensão RMS (eficaz); A mesma frequência; A mesma sequência de fases; A mesma fase. O fator de potência dos geradores síncronos pode ser facilmente controlado devido ao fato de possuírem uma fonte separada de excitação, e desta forma, podem tanto aumentar a potência sem geração de potência reativa (gerador com fator de potência unitário), ou também gerar potência reativa necessária (gerador com fator de potência 0.8). Desta forma, o gerador síncrono, dependendo da aplicação, pode fornecer a potência útil de acionamento necessária com redução benéfica da potência total do sistema.
9 4. Referencias bibliográficas MOTORES SINCRONOS,(2016-NOVEMBRO),DISPONIVEL: http://www.estgv.ipv.pt/paginaspessoais/eduardop/mqe/motores%20s%c3%adncronos.pdf MOTORES SINCRONOS WEG,(2016-NOVEMBRO),DISPONIVEL: http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/weg-motores-sincronos-artigo-tecnico-portuguesbr.pdf INTRODUÇÃO A MAQUINA SINCRONA,(2016-NOVEMBRO),DISPONIVEL: http://www.cpdee.ufmg.br/~gbarbosa/disciplina%20de%20m%e1quinas%20el%e9tricas/di sciplina%20de%20m%c3%a1quinas%20el%c3%a9tricas/apost02.pdf