Geradores Síncronos. GERAÇÃO DE ENERGIA.

slides sobre geradores síncronos

1. Geradores Sincronos

2. CARACTERÍSTICAS
CONSTRUTIVAS
•Os geradores síncronos produzem a maior parte da
energia elétrica consumida no mundo.
•Da mesma maneira que as máquinas de corrente
contínua, o fluxo magnético ou excitação das
máquinas síncronas é produzido por uma corrente
contínua.Porém, para as máquinas síncronas, a
estrutura dos pólos (formado pelo enrolamento de
campo ou indutor) se encontra geralmente na parte
mais interna da máquina que é girante – chamada de
rotor. A parte mais externa que é estática – chamada
de estator – consiste na armadura (formada pelo
enrolamento induzido).

3. Esquema de uma máquina
construída de pólos girantes

4. A figura anterior é o esquema básico de uma máquina
síncrona de seis pólos.
Segundo o vocabulário eletrotécnico internacional,
“uma máquina síncrona é uma máquina de corrente
alternada na qual a freqüência da tensão induzida e a
velocidade possuem uma relação constante”. A sua
velocidade de rotação (n) é por esse motivo designada a
velocidade síncrona e é dada por:
n = f x 60 / p (rpm)
onde f é a freqüência (em Hz) e p o número de pares de
pólos.

CARACTERÍSTICAS
CONSTRUTIVAS

5. CARACTERÍSTICAS
CONSTRUTIVAS
•O indutor, usualmente no rotor, é constituído por
um enrolamento monofásico alimentado por
corrente contínua, também designado
enrolamento de campo ou de excitação.
Normalmente o rotor apresenta-se sob duas formas
possíveis:
(A) Máquinas síncronas de rotor de pólos lisos ou de
rotor cilíndrico;
(B) Máquinas síncronas de rotor de pólos salientes.

6. CARACTERÍSTICAS
CONSTRUTIVAS

7. CARACTERÍSTICAS
CONSTRUTIVAS
•MÁQUINAS SÍNCRONAS DE PÓLOS LISOS
São aquelas empregadas nos denominados turbo-alternadores ou
turbogeradores.
Neste caso o enrolamento rotórico é distribuído. Constroem-se,
deste modo, máquinas que rodam a velocidades elevadas uma
vez que não se ultrapassa com este tipo de enrolamento o total
de 4 pólos. São compostas de peças com grande resistência
mecânica, normalmente rotores maciços em aço.
As restrições mecânicas impõem o limite de 1250 mm para o
diâmetro a 3000 rpm (em 50 Hz), o que provoca a forma
alongada para este tipo de máquina

8. Rotor de pólo liso de um turbo
gerador

9. CARACTERÍSTICAS
CONSTRUTIVAS
•MÁQUINAS SÍNCRONAS DE PÓLOS SALIENTES
Neste tipo de máquina o enrolamento do rotor é constituído
por bobinas concentradas em torno das cabeças polares e
esta forma de construção é possível para todas as
velocidades de rotação síncrona e toda a gama de
potências. O número mínimo de pólos é, no entanto,
geralmente fixado em 4 .
Este tipo de máquina é usado, por exemplo, em centrais
hidroelétricas,acoplado a turbinas Francis ou Kaplan,
devido à velocidade ser reduzida, segundo a natureza da
queda. Por esse motivo, são máquinas com muitos pólos o
que as leva a serem maiores em diâmetro do que em
profundidade.

10. Estator de um gerador de
pólo saliente de usina
hidroelétrica .

11. CARACTERÍSTICAS
CONSTRUTIVAS
•ENROLAMENTO AMORTECEDOR DE UMA MÁQUINA SÍNCRONA
Na maior parte das máquinas síncronas existe ainda um
terceiro enrolamento colocado no rotor, semelhante ao
enrolamento em gaiola das máquinas assíncronas ou de
indução. Este enrolamento destina-se a amortecer
oscilações de torque mecânico que provoquem quebras de
sincronismo, e até mesmo a saída de serviço da máquina.
Fora do sincronismo circularão correntes neste enrolamento,
à freqüência de escorregamento, que pela lei de Lenz criam
torque com sentido oposto à variação, de velocidade que
tende a retornar a máquina à situação de sincronismo.
Este enrolamento amortecedor possibilita ainda a partida
(como motor de indução) de uma máquina síncrona
funcionando como motor, que de outra maneira não possui
torque de arranque.

12. Pólo saliente mostrando as
barras do enrolamento
amortecedor

13. CARACTERÍSTICAS
CONSTRUTIVAS
•TIPOS DE EXCITAÇÃO DE UMA MÁQUINA SÍNCRONA
Como citado a máquina síncrona possui normalmente o
enrolamento induzido (ou de armadura) no estator,
sendo um enrolamento normalmente polifásico, onde
circulam correntes alternadas. O enrolamento de
excitação (ou indutor) está no rotor e deve ser
alimentado por corrente contínua.
A potência DC requerida para a excitação aproxima-se de
1% da potência nominal de uma máquina síncrona.
Ao longo dos anos os sistemas de excitação e seus
controles (regulador automático de tensão) ou AVR, têm
evoluído tomando várias formas e, conforme a fonte de
potência (excitatriz) utilizada.

14. CARACTERÍSTICAS
CONSTRUTIVAS
•Sistema de Excitação DC
Os sistemas de excitação que se enquadram nesta
categoria utilizam geradores DC, denominados de
“excitatrizes”, como fontes de potência da excitação e
fornecem corrente para o enrolamento de rotor
(campo) da máquina síncrona principal através de
anéis deslizantes e escovas.
A excitatriz pode ser acionada por um motor ou o próprio
eixo do gerador síncrono, podendo ser auto-excitada
ou excitada separadamente. Neste último caso, o
campo da excitatriz é suprido por uma excitatriz piloto
compreendendo um gerador de imã permanente.

15. Máquinas Primárias para
acionamento de Geradores
•Denominamos por máquina Primária como qualquer unidade
responsável pelo acionamento mecânico de um gerador.
•As máquinas normalmente empregadas para prover potência
motriz em sistema de geração são:
Turbinas Hidraúlicas, a vapor e a gás, e os motores Diesel.

16. Proteção de Geradores
•Os Geradores estão sujeitos a diversas condições
anormais
•A proteção de um grupo gerador deve atender a três
requisitos básicos:
1- a minimização do dano ao gerador por faltas internas.
2 – a minimização dos distúrbios do sistema devido as
faltas internas, pelo rápido desligamento da máquina .
3 – proteção do gerador devido ao efeito de faltas
sustentadas, cargas desequilibradas, e condições de
fase aberta que possam ocorrer no sistema.

17. Proteção de Geradores
•Medidas e dispositivos de proteção de faltas externas:
Relé térmico – contra sobrecargas
Relés temporizados, para picos de máxima corrente –
contra curtos.
Relés de tensão máxima – contra elevação de tensão
devidas as manóbras normais do sitema
Relés sensíveis à corrente de sequencia negativa- para
proteção contra funcionamento de cargas
desiquilibradas.
Relés de pontência inversa – para impedir o
funcionamento do gerador como motor.

18. Proteção de Geradores
•Proteção contra defeitos Internos:
Relé de proteção diferencial – contra curtos entre
enrolamentos de fases diferentes.
Relé de proteção contra falhas no isolamento à
massa do estator.
Relé de proteção contra falhas no isolamento à
massa do rotor.
Relé de proteção contra curtos entre espiras da
mesma fase.
Relé de proteção contra falta de excitação.

19. Proteção de Geradores
•Outros elemetos de Proteção:
Pára-raios, indicadores de circulação de óleo,
termostatos, proteção contra incêndio, etc.

20. Referência Bibliogáfica

•Curso Geradores Sincronos ( Comprove
engenharia)
Ministrado pelo – Prof. Dr. Geraldo Caixeta
Guimarães.