Gerador Síncrono: Princípio De Operação, Características E Dispositivo Em Marcha Lenta, Operação Paralela. Quão Rápido O Rotor Gira?

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Última modificação: 2024-01-18 12:22

Um gerador síncrono é um dispositivo especial por meio do qual é possível converter qualquer energia em energia elétrica. Esses dispositivos são estações móveis, baterias térmicas ou solares e equipamentos especiais. Dependendo do tipo de gerador, é determinada a possibilidade de seu uso, por isso vale a pena entender mais detalhadamente o que é o dispositivo.

História da criação

No final do século 19, a empresa de Robert Bosch desenvolveu pela primeira vez algo semelhante a um gerador. O dispositivo foi capaz de acender um motor. Durante os testes, foi revelado que a máquina não é adequada para uso permanente, mas os desenvolvedores conseguiram aprimorar o aparelho.

Em 1890, a empresa mudou quase totalmente para a produção deste equipamento, que ganhou grande popularidade. Em 1902, um aluno da Bosch criou uma ignição usando alta tensão. O aparelho foi capaz de produzir uma faísca entre os dois eletrodos da vela, o que tornou o sistema mais versátil.

O início da década de 60 do século XX foi a era da disseminação dos geradores pelo mundo . E se antes os aparelhos eram procurados apenas na indústria automotiva, agora essas unidades são capazes de fornecer eletricidade a casas inteiras.

Dispositivo e propósito

O design de tais unidades envolve apenas dois elementos principais:

• rotor;
• estator.

Neste caso, elementos adicionais são fornecidos no eixo do rotor. Podem ser ímãs ou enrolamentos de campo. Os ímãs têm formato dentado, os pólos de recepção e transmissão de corrente são direcionados em diferentes direções.

A principal tarefa do gerador é converter um tipo de energia em energia elétrica . Com sua ajuda, é possível fornecer aos dispositivos dependentes a quantidade de corrente necessária para que possam ser usados.

Características

Para avaliar o desempenho de um gerador, você precisa examinar suas características. Em princípio, eles são os mesmos que para uma estação que gera corrente contínua. Vários fatores são os principais parâmetros da avaliação.

• Em marcha lenta . Representa a dependência do EMF da força das correntes móveis responsáveis pela excitação da bobina do amortecedor. Com sua ajuda, é possível determinar a capacidade de magnetização das cadeias.
• Característica externa . Implica uma relação paralela entre a tensão da bobina e a corrente de carga. O valor depende do tipo de carga aplicada ao dispositivo. Dentre os motivos que podem ocasionar alterações, está o aumento ou diminuição do EMF da unidade, bem como uma queda de tensão nos enrolamentos da bobina instalada, que é colocada dentro do dispositivo.
• Ajustamento . Representa a relação que se forma entre as correntes de campo e as correntes de carga. Garantir a operabilidade e proteção das unidades síncronas é alcançado monitorando este indicador. Isso é fácil de conseguir se você ajustar constantemente o EMF.

Outro parâmetro importante é a potência. O valor pode ser determinado por meio de indicadores de EMF, tensão e resistência angular.

Princípio de operação

Não é tão difícil descobrir como o dispositivo funciona. Consiste em girar uma moldura magnética para criar um campo elétrico. No processo de rotação do quadro, aparecem linhas magnéticas que começam a cruzar seu contorno. O cruzamento contribui para a formação de uma corrente elétrica.

Para determinar para onde os fluxos de energia elétrica estão se movendo, é necessário usar a regra do cardan . Deve-se notar que em algumas áreas o movimento atual é oposto. As direções estão mudando constantemente quando você alcança o próximo pólo, que está localizado no ímã. Esse fenômeno é chamado de corrente alternada, e a conexão da moldura a um anel magnético separado pode comprovar essa condição.

A relação entre a magnitude da corrente no quadro e a velocidade de rotação do rotor do sistema é proporcional. Desse modo, quanto mais a estrutura gira, mais eletricidade o gerador pode fornecer . Este indicador é caracterizado pela velocidade de rotação.

De acordo com os padrões estabelecidos, o indicador de velocidade ideal na maioria dos países não deve exceder 50 Hz. Isso significa que o rotor deve realizar 50 vibrações por segundo. Para calcular o parâmetro, é necessário concordar que uma rotação do quadro leva a uma mudança na direção da corrente.

Se o eixo consegue girar 1 vez por segundo, isso significa que a frequência da corrente elétrica é de 1 Hz . Assim, para atingir 50 Hz, será necessário garantir o número correto de rotações de quadro por segundo.

Durante a operação, o número de pólos do eletroímã frequentemente aumenta. Eles podem ser atrasados reduzindo a velocidade de rotação do rotor.

A dependência, neste caso, é inversamente proporcional . Assim, para fornecer uma frequência de 50 Hz, será necessário reduzir a velocidade em cerca de 2 vezes.

Além disso, deve-se notar que em alguns países outras taxas de rotação do rotor são definidas. A frequência padrão é 60 Hz.

Visualizações

Hoje, os fabricantes produzem vários tipos de geradores síncronos. Dentre as classificações existentes, várias merecem atenção especial. Em primeiro lugar, vale a pena considerar a divisão das unidades por projeto. Os geradores são de dois tipos.

Brushless . O projeto do gerador implica o uso de enrolamentos do estator. Eles são colocados de forma que os núcleos dos elementos fiquem alinhados com a direção dos pólos magnéticos ou dos núcleos fornecidos na bobina. O número máximo de dentes magnéticos não deve exceder 6 peças.

Síncrono, equipado com indutor . Se estamos falando de ajustar máquinas operando em baixa potência, ímãs CC são usados como rotor. Caso contrário, o rotor é o enrolamento indutor.

A seguinte classificação implica a divisão de estações móveis em tipos separados

Hidrogeradores . Uma característica distintiva do dispositivo é um rotor com pólos pronunciados. Tais unidades são utilizadas para gerar eletricidade onde não há necessidade de fornecer um grande número de voltas do dispositivo.

Geradores de turbina . A diferença é a ausência de pólos pronunciados. O dispositivo é montado a partir de várias turbinas, é capaz de aumentar o número de rotações do rotor várias vezes.

Juntas de expansão síncronas . É usado para obter potência reativa - um indicador importante em instalações industriais. Com a sua ajuda, é possível melhorar a qualidade da corrente fornecida e estabilizar os indicadores de tensão.

Existem vários modelos comuns de tais dispositivos

Stepper . Eles são usados para garantir a operabilidade dos drives instalados em mecanismos que possuem um ciclo start-stop.

Gearless . Usado principalmente em sistemas autônomos.

Sem contato . Eles são procurados como estações móveis principais ou de backup em navios.

Histerese . Esses geradores são usados para contadores de tempo.

Indutor . Garantir o funcionamento das instalações elétricas.

Outro tipo de divisão de unidade é o tipo de rotor usado. Nesta categoria, os geradores são divididos em dispositivos de pólo saliente e pólo implícito.

Os primeiros são dispositivos em que os pólos são claramente visíveis. Eles se distinguem por uma baixa velocidade do rotor. A segunda categoria possui em seu design um rotor cilíndrico, que não possui pólos salientes.

Area de aplicação

Geradores síncronos são dispositivos projetados para a produção de corrente alternada. Você pode encontrar esses dispositivos em várias estações:

• atômico;
• térmico;
• usinas hidrelétricas.

E também as unidades são ativamente usadas em sistemas de transporte. Eles são usados em vários veículos e sistemas de navios. O gerador síncrono é capaz de operar tanto de forma autônoma, separada da rede elétrica, quanto simultaneamente com ela. Neste caso, é possível conectar várias unidades ao mesmo tempo.

A vantagem das estações geradoras de CA é a capacidade de fornecer eletricidade ao espaço alocado. Conveniente se o objeto estiver localizado longe da rede central. Portanto, as unidades são procuradas pelos proprietários de fazendas localizadas em assentamentos distantes da cidade.

Como escolher?

Ao escolher um gerador, é importante encontrar um dispositivo adequado e confiável que possa fornecer eletricidade para a área alocada. Primeiro você precisa decidir sobre os parâmetros técnicos do futuro dispositivo. Os especialistas aconselham prestar atenção a:

• a massa do gerador;
• dimensões do dispositivo;
• potência;
• consumo de combustível;
• figura de ruído;
• duração do trabalho.

E também um parâmetro importante é a capacidade de organizar o trabalho automático. Para entender quantas fases um futuro gerador precisa, é necessário determinar o tipo e a quantidade de aparelhos elétricos que serão conectados a ele.

Por exemplo, apenas consumidores com uma fase podem ser conectados a um gerador elétrico monofásico. O trifásico expande significativamente este indicador.

No entanto, a compra de tal usina móvel nem sempre é a melhor decisão.

Antes de comprar, recomenda-se também levar em consideração a carga que será exercida sobre o dispositivo durante sua operação . Cada fase deve ser carregada com no máximo 30% do total. Assim, se a potência do gerador for de 6 kW, então no caso de utilizar tomadas com tensão de 220 V, será possível utilizar apenas 2 kW.

A compra de um gerador trifásico está em demanda somente quando há muitos consumidores trifásicos na casa. Se a maioria dos aparelhos for monofásica, é melhor comprar uma unidade apropriada.

Exploração

Antes de ligar o gerador, ele deve primeiro ser ajustado. Em primeiro lugar, a frequência do dispositivo é sintonizada. Isso pode ser feito de duas maneiras:

1. alterar o projeto da unidade, prevendo com antecedência quantos pólos são necessários para o funcionamento do eletroímã;
2. fornecer a velocidade de eixo necessária sem nenhuma alteração de projeto.

Um exemplo notável são as turbinas de baixa velocidade. Eles fornecem uma rotação do rotor de 150 rpm. Para ajustar a frequência, use o primeiro método, aumentando o número de postes para 40 peças.

O próximo parâmetro a ser configurado é EMF. Torna-se necessário um ajuste devido às mudanças nas características das cargas que entram atuando na estação móvel.

Apesar do EMF de indução do dispositivo estar associado ao rotor e suas rotações, por questões de segurança, é impossível desmontar a estrutura para alterar o parâmetro.

O valor EMF pode ser alterado ajustando o fluxo magnético gerado . Terá de ser aumentado ou diminuído. As voltas sinuosas, ou melhor, seu número, são responsáveis pelo valor do indicador. E também a potência do fluxo magnético pode ser influenciada pela corrente gerada pela bobina.

O ajuste envolve a inclusão de várias bobinas em uma corrente. Para fazer isso, você precisa usar reostatos ou circuitos eletrônicos adicionais. A segunda opção requer a configuração do parâmetro usando estabilizadores externos. Isso garante um serviço confiável.

A vantagem de uma estação móvel síncrona é a capacidade de sincronizar com outras máquinas elétricas de tipo semelhante . Ao mesmo tempo, durante a conexão, é possível combinar as velocidades de rotação e garantir um deslocamento de fase zero. Nesse sentido, as usinas móveis são muito procuradas na engenharia de energia industrial, onde é muito conveniente usá-las como fonte de energia de backup para aumentar a capacidade de produção em caso de cargas pesadas.