Ger Adores

5/21/2018 Ger Adores

1/75

DT-5

CARACTERSTICAS EESPECIFICAESDE

GERADORES

TR216

-12


2/75

2

DT-5 - Caractersticas e Especificaes de Geradores

NDICE

1. INTRODUO .............................................................................................................................41.1. HISTRICO..................................................................................................................................4

1.2. NOES DE APLICAES.............................................................................................................41.2.1. Tipos de acionamentos....................................................................................................4

2. NOES FUNDAMENTAIS ...........................................................................................................52.1. PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO.................................................................................................52.2. GERAO DE CORRENTE TRIFSICA ...........................................................................................6

2.2.1. Ligaes no sistema trifsico ...........................................................................................62.2.2. Tenso nominal mltipla..................................................................................................8

2.3. COMPORTAMENTO DO GERADOR EM VAZIO E SOB CARGA .......................................................102.4. MQUINAS DE PLOS LISOS E SALIENTES ................................................................................122.5. REATNCIAS..............................................................................................................................132.6. POTNCIA EM MQUINAS DE PLOS SALIENTES.......................................................................14

2.7. DEFINIES ..............................................................................................................................152.7.1. Distoro harmnica......................................................................................................152.7.2. Fator de desvio..............................................................................................................152.7.3. Modulao de tenso.....................................................................................................162.7.4. Desequilbrio angular.....................................................................................................162.7.5. Desbalanceamento de tenso ........................................................................................162.7.6. Transiente de tenso.....................................................................................................162.7.7. Tolerncia de tenso .....................................................................................................16

3. GERADORES WEG .....................................................................................................................173.1. NORMAS APLICVEIS.................................................................................................................183.2. GERADORES COM EXCITAO POR ESCOVAS............................................................................18

3.3. GERADORES COM EXCITAO SEM ESCOVAS (BRUSHLESS) ......................................................193.4. GERADORES COM EXCITAO SEM ESCOVAS PARA APLICAES ESPECIAIS ............................213.5. MOTORES SNCRONOS ..............................................................................................................213.6. REGULADOR DE TENSO ...........................................................................................................233.7. TEMPO DE REGULAGEM DA TENSO (TEMPO DE RESPOSTA) ....................................................23

4. CARACTERSTICAS DO AMBIENTE ...........................................................................................254.1. ALTITUDE ..................................................................................................................................254.2. TEMPERATURA AMBIENTE .........................................................................................................254.3. DETERMINAO DA POTNCIA TIL DO GERADOR NAS DIVERSAS CONDIES DETEMPERATURA E ALTITUDE..............................................................................................................254.4. ATMOSFERA AMBIENTE .............................................................................................................25

4.4.1. Ambientes agressivos ....................................................................................................254.5. GRAUS DE PROTEO................................................................................................................26

4.5.1. Cdigo de identificao..................................................................................................264.5.2. Tipos usuais ..................................................................................................................27

4.6. LIMITES DE RUDO....................................................................................................................274.7. VIBRAO..................................................................................................................................284.8. VENTILAO..............................................................................................................................29

4.8.1. Gerador aberto..............................................................................................................294.8.2. Gerador totalmente fechado ..........................................................................................29

4.9. ACESSRIOS E ESPECIALIDADES...............................................................................................30

4.9.1. Resistor de aquecimento ...............................................................................................304.9.2. Proteo trmica de geradores eltricos ........................................................................304.9.2.1. Termoresistores............................................................................................................. 304.9.2.2. Termistores (PTC e NTC) ............................................................................................... 314.9.2.3. Termostatos .................................................................................................................. 31


3/75

3


5. CARACTERSTICAS DE DESEMPENHO ......................................................................................335.1. POTNCIA NOMINAL..................................................................................................................335.2. ELEVAO DE TEMPERATURA - CLASSE DE ISOLAMENTO .........................................................35

5.2.1. Aquecimento do enrolamento ........................................................................................35

5.2.2. Vida til de mquinas eltricas girantes .........................................................................355.2.3. Classes de isolamento ...................................................................................................355.2.4. Medida da temperatura do enrolamento ........................................................................365.2.5. Aplicao a mquinas eltricas ......................................................................................36

5.3. QUEDA DE TENSO....................................................................................................................375.3.1. Clculo da queda de tenso...........................................................................................375.3.2. Influncia do fator de potncia ......................................................................................385.3.3. Influncia da carga inicial ..............................................................................................385.3.4. Limitaes na partida de motores ..................................................................................41

5.4. Sobrecarga.................................................................................................................................445.5. SOBREVELOCIDADE ...................................................................................................................44

5.6. CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO ..............................................................................................445.7. CONVERSO DE REATNCIAS....................................................................................................445.8. PROTEO DO GERADOR ..........................................................................................................455.9. REGIME DE SERVIO .................................................................................................................45

5.9.1. Regimes Padronizados...................................................................................................465.10. DIAGRAMA DE CARGA..............................................................................................................465.11. OPERAO EM PARALELO DE GERADORES ..............................................................................475.12. CLCULO DA BOBINA DE ATERRAMENTO DO PONTO ESTRELA DE GERADORES......................49

6. CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS ........................................................................................506.1. COMPONENTES PRINCIPAIS ......................................................................................................50

6.1.1. Estator da mquina principal .........................................................................................50

6.1.2. Rotor da mquina principal............................................................................................506.1.3. Estator da excitatriz principal.........................................................................................506.1.4. Rotor da excitatriz principal e diodos retificadores girantes ............................................506.1.5. Excitatriz auxiliar ...........................................................................................................506.1.6. Enrolamento auxiliar (ou bobina auxiliar).......................................................................50

6.2. PLACA DE IDENTIFICAO ........................................................................................................516.3. PINTURA - GERADORES PARA APLICAO INDUSTRIAL GERAL .................................................516.4. TERMINAIS DE ATERRAMENTO..................................................................................................526.5. MANCAIS ...................................................................................................................................526.6. FORMA CONSTRUTIVA...............................................................................................................55

7 . SELEO DE GERADORES ........................................................................................................60

7.1. CARACTERSTICAS NECESSRIAS PARA A CORRETA SELEO ..................................................607.2. PRINCIPAIS APLICAES DE GERADORES .................................................................................60

7.2.1. Converso de freqncia ou isolamento da rede ............................................................607.2.2. Converso de Corrente ..................................................................................................617.2.3. No-Break.......................................................................................................................627.2.4. Short-Break Diesel.........................................................................................................627.2.5. Geradores alimentando cargas deformantes ..................................................................63

8. ENSAIOS ...................................................................................................................................649. COLETNEA DE FRMULAS ......................................................................................................65AVALIAO PROGRAMADA DO MANUAL DE MQUINAS SNCRONAS.........................................67


4/75

4


1. INTRODUO

11..11..HHIISSTTRRIICCOO

O gerador elementar foi inventado na Inglaterra em1831 por MICHAEL FARADAY, e nos EstadosUnidos, mais ou menos na mesma poca, porJOSEPH HENRY.Este gerador consistia basicamente de um m quese movimentava dentro de uma espira, ou vice-versa, provocando o aparecimento de uma f.e.m.registrado num galvanmetro.

Fig. 1.1.1 - O galvanmetro "G" indica a passagem

de uma corrente quando o m se move em relaoa bobina.

A WEG MQUINAS, uma das unidades do grupoWEG, iniciou suas atividades em 1980, tendoadquirido ao longo destes anos uma largaexperincia e tecnologia na fabricao de geradoresde pequeno e grande porte.

11..22..NNOOEESSDDEEAAPPLLIICCAAEESS

Geradores sncronos so mquinas destinadas atransformar energia mecnica em energia eltrica.Toda a energia consumida nas indstrias,residncias, cidades, etc..., so proveniente destesgeradores.

A WEG MQUINAS fabrica geradores para asseguintes aplicaes:- Gerao Elica;- Alimentao de Fazendas, Stios, Garimpos,

Carros de Som;- Pequenos Centros de Gerao de Energia para

uso Geral;- Grupos Diesel de Emergncia para hospitais e

etc;- Centro de Processamento de Dados;- Telecomunicaes;

- Usinas Hidreltricas;- Cogerao;- Aplicaes Especficas para uso Naval, Usinas de

Acar e lcool, Madeireiras, Arrozeirais,Petroqumica, etc.

1.2.1. Tipos de acionamentos

A - Grupos Diesel ou Gs

So geradores acionados por Motores Diesel ou aGs.Potncia: 12.5 a 4000kVARotao: 1800rpm (IV plos), 1200rpm (VI plos)ou 900rpm (VIII plos)

Tenso: 220 a 13800V - 50 e 60Hz.

B - Hidrogeradores

So geradores acionados por Turbinas Hidrulicas.Potncia: 500 a 200000 kVARotao: 1800 rpm ou abaixo (IV ou mais plos)Tenso: 220 a 13800V 50 e 60Hz

C - Turbogeradores

So geradores acionados por Turbinas a Vapor.Potncia: 500 a 60000kVARotao: 1800rpm (IV plos)Tenso: 220 a 13800V 50 e 60Hz

D Elicos

So geradores acionados por turbinas a vento.Potncia: at 1500kVARotao, tenso e frequncia sob consulta


5/75

5


2. NOES FUNDAMENTAIS

22..11..PPRRIINNCCPPIIOODDEEFFUUNNCCIIOONNAAMMEENNTTOO

A caracterstica principal de um gerador eltrico transformar energia mecnica em eltrica. Parafacilitar o estudo do princpio de funcionamento,vamos considerar inicialmente uma espira imersaem um campo magntico produzido por um mpermanente (Fig.2.1.1). O princpio bsico defuncionamento est baseado no movimento relativoentre uma espira e um campo magntico. Osterminais da espira so conectados a dois anis,que esto ligados ao circuito externo atravs deescovas. Este tipo de gerador denominado dearmadura giratria.

Fig. 2.1.1 - Esquema de funcionamento de umgerador elementar (armadura girante)

Admitamos que a bobina gira com velocidadeuniforme no sentido da flecha dentro do campomagntico "B" tambm uniforme (Fig.2.1.1).Se "v" a velocidade linear do condutor em relaoao campo magntico, segundo a lei da induo(FARADAY), o valor instantneo da f.e.m. induzida

no condutor em movimento de rotao determinada por:e = B.l.v.sen(B^v)

Onde:e - fora eletromotriz (f.e.m.)B - induo do campo magnticol - comprimento de cada condutorv - velocidade linear

Para N espiras teremos:

e = B.l.v.sen(B^v).N

A variao da f.e.m. no condutor em funo dotempo determinada pela lei da distribuio dainduo magntica sob um plo. Esta distribuio

tem um carter complexo e depende da forma dasapata polar. Com um desenho conveniente dasapata poderemos obter uma distribuio senoidalde indues. Neste caso, a f.e.m. induzida nocondutor tambm varia com o tempo sob uma lei

senoidal.

A Fig. 2.1.2.a. mostra somente um lado da bobinano campo magntico, em 12 posies diferentes,estando cada posio separada uma da outra de30.

A Fig. 2.1.2.b. nos mostra as tensescorrespondentes a cada uma das posies.

J nos geradores de campo giratrio (Fig. 2.1.3) atenso de armadura retirada diretamente doenrolamento de armadura (neste caso o estator)

sem passar pelas escovas. A potncia de excitaodestes geradores normalmente inferior a 5% dapotncia nominal. Por este motivo, o tipo dearmadura fixa (ou campo girante) o maisutilizado.

Fig. 2.1.2 a e b - Distribuio da Induo Magntica

sob um Plo.

Fig. 2.1.3 - Esquema de funcionamento de umgerador elementar (armadura fixa).


6/75

6


Para uma mquina de um par de plos, a cada girodas espiras teremos um ciclo completo da tensogerada.

Os enrolamentos podem ser construdos com umnmero maior de pares de plos, que se distribuiroalternadamente (um norte e um sul). Neste caso,teremos um ciclo a cada par de plos.

Sendo "n" a rotao da mquina em "rpm" e "f" afreqncia em ciclos por segundo (Hertz) teremos:

f = p . n120

Onde:f = freqncia (Hz)

p = nmero de plosn = rotao sncrona (rpm)

Note que o nmero de plos da mquina ter queser sempre par, para formar os pares de plos. Natabela 2.1.1 so mostradas, para as freqncias epolaridades usuais, as velocidades sncronascorrespondentes.

Nmero de plos 60 Hz 50 Hz2 3600 3000

4 1800 1500

6 1200 1000

8 900 7500 720 600

Tabela 2.1.1 - Velocidades Sncronas.

22..22..GGEERRAAOODDEECCOORRRREENNTTEETTRRIIFFSSIICCAA

O sistema trifsico formado pela associao detrs sistemas monofsicos de tenses U1, U2 e U3,

tais que a defasagem entre elas seja de 120o(Fig.2.2.1.).O enrolamento desse tipo de gerador constitudopor trs conjuntos de bobinas dispostassimetricamente no espao, formando entre sitambm um ngulo de 120o.Para que o sistema seja equilibrado, isto , U1 = U2= U3 o nmero de espiras de cada bobina tambmdever ser igual.

Fig. 2.2.1 SistemaTrifsico.

A ligao dos trs sistemas monofsicos para seobter o sistema trifsico feita usualmente de duasmaneiras, representadas nos esquemas seguintes.Nestes esquemas (Fig. 2.2.2 e 2.2.3) costuma-serepresentar as tenses com setas inclinadas, ouvetores girantes, mantendo entre si o ngulocorrespondente defasagem (120o).

2.2.1. Ligaes no sistema trifsico

a) Ligao tringulo:

Chamamos "tenses/correntes de fase" as tensese correntes de cada um dos trs sistemasmonofsicos considerados, indicados por Vf e If. Seligarmos os trs sistemas monofsicos entre si,como indica a figura 2.2.2.a, podemos eliminar trsfios, deixando apenas um em cada ponto deligao, e o sistema trifsico ficar reduzido a trsfios U, V e W.

A tenso entre dois quaisquer destes trs fioschama-se "tenso de linha" (Vl), que a tensonominal do sistema trifsico. A corrente emqualquer um dos fios chama-se "corrente de linha"

(Il).Examinando o esquema da figura 2.2.2.b, v-seque:

1) A cada carga aplicada a tenso de linha "Vl",que a prpria tenso do sistema monofsicocorrespondente, ou seja,

Vl = Vf.

2) A corrente em cada fio de linha, ou corrente delinha "Il", a soma das correntes das duas fasesligadas a este fio, ou seja, Il = If1 + If3.

Como as correntes esto defasadas entre si, asoma dever ser feita graficamente, como mostraa figura 2.2.2.c. Pode-se mostrar que

Il = If x 3 = 1,732 x If.


7/75

7


Fig. 2.2.2 - Ligao Tringulo.

Exemplo:Temos um sistema trifsico equilibradode tenso nominal 220V.

A corrente de linha (Il) medida 10A. Ligando aeste sistema uma carga trifsica composta de trscargas iguais ligadas em tringulo, qual a tenso e

a corrente em cada uma das cargas?

Temos Vf = V1 = 220V em cada uma das cargas.Se Il = 1,732 x If, If = 0,577 x Il = 0,577 x 10 =5,77A em cada uma das cargas.

b) Ligao estrela:

Ligando um dos fios de cada sistema monofsico aum ponto comum aos trs, os trs fios restantesformam um sistema trifsico em estrela (Fig.

2.2.3.a)s vezes, o sistema trifsico em estrela "a quatrofios" ou "com neutro".O quarto fio ligado ao ponto comum s trs fases.

A tenso de linha, ou tenso nominal do sistematrifsico, e a corrente de linha so definidos domesmo modo que na ligao tringulo.

Fig. 2.2.3 - Ligao Estrela.

Examinando o esquema da fig. 2.2.3.b v-se que:

1) A corrente em cada fio da linha, ou corrente delinha (Il), a mesma corrente da fase qual ofio est ligado, ou seja, Il = If.


8/75

8


2) A tenso entre dois fios quaisquer do sistematrifsico a soma grfica das tenses das duasfases as quais esto ligados os fiosconsiderados, ou seja, Vl = Vf x 3 = 1,732 x

Vf. (Fig. 2.2.3.c).

Exemplo:Temos uma carga trifsica composta detrs cargas iguais, cada carga feita para ser ligadaa uma tenso de 220V, absorvendo, 5,77A.

Qual a tenso nominal do sistema trifsico quealimenta esta carga em suas condies normais(220V e 5,77A) Qual a corrente de linha (Il)?Temos:

Vf = 220V (nominal de cada carga)Vl = 1,732 x 220V = 380VIl = If = 5,77A.

2.2.2. Tenso nominal mltipla

A grande maioria dos geradores so fornecidos comterminais do enrolamento de armadura religveis,de modo a poderem fornecer duas tensesdiferentes pelo menos. Os principais tipos dereligao de terminais de geradores ou motoresassncronos para funcionamento em mais de umatenso so:

a) Ligao srie-paralela:

O enrolamento de cada fase dividido em duaspartes (lembrar que o nmero de plos semprepar, de modo que este tipo de ligao semprepossvel).Ligando as duas metades em srie, cada metadeficar com a metade da tenso nominal de fase damquina. Ligando as duas metades em paralelo, amquina fornecer uma tenso igual metade datenso anterior, sem que se altere a tenso aplicadaa cada bobina. Veja os exemplos numricos da Fig.2.2.4.

Fig. 2.2.4 - Tenso Nominal Mltipla.


9/75

9


comum em geradores o fornecimento em trstenses 220/380/440V.O procedimento nestes casos para se obter 380V ligar o gerador em 440V e ajustar a tenso terminalno potencimetro do regulador de tenso, de modo

a se obter o valor desejado (reduo da induomagntica). Deste modo, poderemos obter trstenses na ligao Y, que a mais comum emgeradores.

LIGAO TENSO DE LINHA CORRENTE DE LINHAPOTNCIA TRIFSICA

(VA)Y Vl = 3 x Vf Il = If Vl = Vf Il = If x 3

S = 3 x Vf x IfS = 3 x Vl x Il

Tabela 2.2.1 - Relao entre tenses (linha/fase), correntes (linha/fase) e potncia em um sistema trifsico.

b) Ligao estrela-tringulo: comum para partida de motores assncronos aligao estrela-tringulo.Nesta ligao, o enrolamento de cada fase tem asduas pontas trazidas para fora do motor. Se ligarmosas trs fases em tringulo cada fase receber atenso da linha de alimentao, por exemplo 220V(Fig. 2.2.5.b). Se ligarmos as trs fases em estrela, omotor pode ser ligado a uma linha com tenso dealimentao igual a 220 x 3 = 380V sem alterar atenso no enrolamento de cada fase, que continuaigual a 220V (Fig.2.2.5.a).Este tipo de ligao exige 6 terminais acessveis na

caixa de ligao do motor e serve para quaisquertenses nominais duplas, desde que a segunda sejaigual a primeira multiplicada por 3. Exemplos:220/380V, 380/660V, 440/760V.Note que uma tenso acima de 600 Volts no considerada baixa tenso, e entra na faixa da mdiatenso, em que as normas so outras. Nos exemplos380/660V e 440/760V, a maior tenso declaradaserve somente para indicar que o motor pode serreligado em estrela-tringulo, pois no existem linhasnesses nveis de tenses.

Fig. 2.2.5 - Ligao Estrela-Tringulo.


10/75

10


22..33..CCOOMMPPOORRTTAAMMEENNTTOODDOOGGEERRAADDOORREEMMVVAAZZIIOOEESSOOBBCCAARRGGAA

Em vazio (com rotao constante), a tenso dearmadura depende do fluxo magntico gerado pelosplos de excitao, ou ainda da corrente que circulapelo enrolamento de campo (rotor). Isto porque oestator no percorrido por corrente, portanto nula a reao da armadura, cujo efeito alterar ofluxo total.

A relao entre tenso gerada e a corrente deexcitao chamamos de caracterstica a vazio (Fig.2.3.1), onde podemos observar o estado desaturao da mquina.

Fig. 2.3.1. Caracterstica a Vazio.

Em carga, a corrente que atravessa os condutoresda armadura cria um campo magntico, causando

alteraes na intensidade e distribuio do campomagntico principal. Esta alterao depende dacorrente, do cose das caractersticas da carga,como descrito a seguir:

a) Carga puramente resistiva:Se o gerador alimenta um circuito puramenteresistivo, gerado pela corrente de carga umcampo magntico prprio.O campo magntico induzido produz dois plos

(gerador bipolar Fig. 2.3.2.a) defasados de 90 ematraso em relao aos plos principais, e estesexercem sobre os plos induzidos uma foracontrria ao movimento, gastando-se potnciamecnica para se manter o rotor girando.O diagrama da fig. 2.3.2.b mostra a alterao dofluxo principal em vazio (o) em relao ao fluxo dereao da armadura (R). A alterao de o pequena, no produzindo uma variao muitogrande em relao ao fluxo resultante . Devido aperda de tenso nos enrolamentos da armaduraser necessrio aumentar a corrente de excitao

para manter a tenso nominal (fig. 2.3.5).

Fig. 2.3.2 - Carga Puramente Resistiva.


11/75

11


b) Carga puramente indutiva:Neste caso, a corrente de carga (I)est defasadaem 90 em atraso em relao a tenso (E), e ocampo de reao da armadura (R) estarconsequentemente na mesma direo do campo

principal (o), mas em polaridade oposta. O efeitoda carga indutiva desmagnetizante (fig. 2.3.3.a e2.3.3.b).

As cargas indutivas armazenam energia no seucampo indutor e a devolvem totalmente ao gerador,no exercendo nenhum conjugado frenante sobre oinduzido (rotor). Neste caso, s ser necessrioenergia mecnica para compensar as perdas.Devido ao efeito desmagnetizante ser necessrioum grande aumento da corrente de excitao parase manter a tenso nominal (fig. 2.3.5).

Fig. 2.3.3 - Carga Puramente Indutiva.

c) Carga puramente capacitiva:A corrente de armadura (I) para uma cargapuramente capacitiva est defasada de 90,adiantada, em relao tenso (E). O campo dereao da armadura (R) consequentemente estarna mesma direo do campo principal () e com a

mesma polaridade.O campo induzido, neste caso, tem um efeitomagnetizante (fig. 2.3.4a e 2.3.4b).

As cargas capacitivas armazenam energia em seucampo eltrico e a devolvem totalmente ao gerador,no exercendo tambm, como nas cargas indutivas,nenhum conjugado frenante sobre o induzido(rotor). Devido ao efeito magnetizante sernecessrio reduzir a corrente de excitao paramanter a tenso nominal (fig. 2.3.5).


12/75

12


Fig. 2.3.4. - Carga Puramente Capacitiva.

Fig. 2.3.5. - Variao da corrente de excitao para manter a tenso de armadura constante.

d) Cargas intermedirias:Na prtica, o que encontramos so cargas comdefasagem intermediria entre totalmente indutivaou capacitiva e resistiva. Nestes casos o campoinduzido pode ser decomposto em dois campos, umtransversal e outro desmagnetizante (indutiva) oumagnetizante (capacitiva). Somente o campotransversal tem um efeito frenante, consumindodesta forma potncia mecnica da mquinaacionante. O efeito magnetizante oudesmagnetizante compensado alterando-se acorrente de excitao.

22..44..MMQQUUIINNAASSDDEEPPLLOOSSLLIISSOOSSEESSAALLIIEENNTTEESS

Os geradores sncronos so construdos com rotoresde plos lisos ou salientes.

PLOS LISOS:So rotores nos quais o entreferro constante ao longo de toda a periferia do ncleode ferro.

Fig. 2.4.1. - Rotor de plos lisos.

PLOS SALIENTES:So rotores que apresentamuma descontinuidade no entreferro ao longo da

periferia do ncleo de ferro. Nestes casos, existemas chamadas regies interpolares, onde o entreferro muito grande, tornando visvel a salincia dosplos.


13/75

13


Fig. 2.4.2. - Rotor de plos salientes.

22..55..RREEAATTNNCCIIAASS

A anlise bsica do desempenho transitrio demquinas sncronas muito facilitada por umatransformao linear de variveis, na qual as trscorrentes de fase do estator ia, ib e ic sosubstitudas por trs componentes, a componentede eixo direto id, a componente de eixo emquadratura iq, e uma componente monofsica io,conhecida como componente de seqncia zero(eixo zero).Para operao equilibrada em regime permanente(fig 2.5.1), io nula (no sendo discutida,

portanto).O significado fsico das componentes de eixo diretoe em quadratura o seguinte: A mquina de plossalientes tem uma direo preferencial demagnetizao determinada pela salincia dos plosde campo. A permencia ao longo do eixo polar oudireto, consideravelmente maior do que ao longodo eixo interpolar ou quadratura.

Fig. 2.5.1. - Diagrama Esquemtico para umaMquina Sncrona.

Utilidade do conhecimento das reatnciasUm circuito efetivo de rotor, no eixo direto, alm doenrolamento de campo principal, formado pelasbarras amortecedoras. Considerando uma mquinaoperando inicialmente em vazio e um curto-circuito

trifsico sbito aparecendo em seus terminais, nafigura abaixo pode ser observada uma onda decorrente de estator em curto-circuito tal como podeser obtida num osciloscpio (Fig. 2.5.2).

Fig. 2.5.2 - Corrente de Armadura Simtrica emCurto-Circuito em uma mquina sncrona.

Reatncia subtransitria (Xd) o valor de reatncia da mquina correspondente acorrente que circula na armadura durante osprimeiros ciclos, conforme pode ser visto na Fig.

2.5.2 (Perodo Subtransitrio). Seu valor pode serobtido dividindo-se o valor da tenso da armaduraantes da falta pela corrente no incio da falta, paracarga aplicada repentinamente e freqncianominal.

I

E=xd

"

Onde:E = Valor eficaz da tenso fase-neutro nos

terminais do gerador sncrono, antes do curto-circuito.

I'' = Valor eficaz da corrente de curto-circuito do

perodo sub-transitrio em regimepermanente. Seu valor dado por:

2I=I mx"

Reatncia transitria (Xd)

o valor de reatncia da mquina correspondente corrente que circula na armadura aps o perodosub-transitrio do curto, perdurando por umnmero maior de ciclos (maior tempo).


14/75

14


Seu valor pode ser obtido dividindo-se a tenso naarmadura correspondente ao incio do perodotransitrio pela respectiva corrente, nas mesmascondies de carga.

I

E=xd '



I'= Valor eficaz da corrente de curto-circuito doperodo transitrio considerado em regimepermanente. Seu valor dado por:

2I=I mx

Reatncia sncrona (Xd) o valor da reatncia da mquina correspondente acorrente de regime permanente do curto-circuito,ou seja, aps o trmino do perodo transitrio docurto. Seu valor pode ser obtido pela tenso nosterminais da armadura ao final do perodotransitrio do curto dividido pela respectivacorrente.

I

E=xd



I = Valor eficaz da corrente de curto-circuito emregime permanente. Seu valor dado por:

2I=I RPxm

A importncia do conhecimento destas reatnciasest no fato de que a corrente no estator(armadura) aps a ocorrncia de uma falta (curto-circuito) nos terminais da mquina ter valores que

dependem destas reatncias.Assim, pode ser conhecido o desempenho damquina diante de uma falta e as conseqncias daoriginadas.

O gerador sncrono o nico componente dosistema eltrico que apresenta trs reatnciasdistintas, cujos valores obedecem inequao:

Xd"< Xd' < Xd

22..66..PPOOTTNNCCIIAAEEMMMMQQUUIINNAASSDDEEPPLLOOSSSSAALLIIEENNTTEESS

A potncia de uma mquina sncrona expressapor:

P = m . Uf . If . cosOnde:m - Nmero de fasesUf - Tenso de faseIf - Corrente de fase

A potncia eltrica desenvolvida em mquinas deplos salientes tambm pode ser expressa emfuno do ngulo de carga () que surge entre osfatores Uf (tenso de fase) e E0(fora eletromotrizinduzida), determinado pela posio angular dorotor em relao ao fluxo girante de estator (Fig.

2.6.1).

Fig. 2.6.1.a - ngulo de Carga ()em Mquinasde Plos Salientes.

Fig. 2.6.1.b - Diagrama de Tenso - GeradorSncrono de Plos Salientes.

Onde:xd e xq so as reatncias de eixo direto e emquadratura, respectivamente:P = PD + PQPd = Uf . Id . senPq = Uf . Iq . cos


15/75

15


Fig 2.6.2 - Curva de potncia em mquinassncronas.

A potncia eletromagntica, que a potnciatransmitida pelo rotor de um gerador ao estator,pode ser expressa por:

sen2xd

1-xq

1

2

Uf.m+senxd

Uf.E.m=P

20

O PRIMEIRO TERMO DA EXPRESSOANTERIOR A POTNCIA QUE DEPENDE DATENSO TERMINAL DE FASE (UF) E DAEXCITAO DA MQUINA (E0) (FIG. 2.6.2).

senxd

Uf.E.m=Pe 0

O segundo termo da expresso adicional devido a

diferena de relutncia do entreferro (xq e xd), aqual no depende da excitao da mquina (Fig.2.6.2).

sen2xd

1-

xq

l

2

Uf.mP

2

r

=

22..77..DDEEFFIINNIIEESS

2.7.1. Distoro harmnica

O formato ideal da onda de tenso de uma fonte deenergia CA senoidal.Qualquer onda de tenso que contenha certadistoro harmnica (fig. 2.7.1), pode serapresentada como sendo equivalente soma dafundamental mais uma srie de tenses CA deamplitudes especficas relacionadasharmonicamente.

A distoro pode ser definida para cada harmnicaem relao a sua amplitude como um percentual dafundamental.

A distoro harmnica total pode ser calculadautilizando-se a equao:

E

)(Em=Distoro

1

2m=m

2=m

Onde:Em - Tenso harmnica de ordem "m".E1 Tenso da fundamental.

Na figura 2.7.1.a est representada a forma de

onda tomada entre fase-fase em um gerador. Adistoro calculada foi de 2,04%. Na figura 2.7.1.btemos a forma de onda tomada entre fase-neutro. Adistoro calculada foi de 15,71%.

Fig. 2.7.1.a - Forma de onda com 2,04% dedistoro harmnica.

Fig. 2.7.1.b - Forma de onda com 15,71% dedistoro harmnica.

2.7.2. Fator de desvio

Desvios ou variaes do formato senoidal da ondapodem ocorrer durante qualquer parte da onda:positivo, negativo ou durante o cruzamento porzero (Fig. 2.7.2).

Fig. 2.7.2 - Fator de Desvio.


16/75

16


A amplitude da variao (Fig. 2.7.3), expressa comoum percentual do valor de pico de uma ondasenoidal de referncia, o Fator de Desvio.

Fig. 2.7.3 - Amplitude de Desvio.

O fator de desvio pode ser calculado como:

Vpico

Desvio=Fdev

2.7.3. Modulao de tenso

a cclica variao da amplitude de tenso,causada pela oscilao do regulador ou pela cclicavariao da carga.

2.7.4. Desequilbrio angular

As tenses de um sistema trifsico so defasadasde 120. Se este defasamento for diferente de120, o referido valor ser o desequilbrio.

2.7.5. Desbalanceamento de tenso

Desbalanceamento de tenso a diferena entre astenses de linha mais alta e mais baixa, e pode serexpresso em percentual da tenso mdia de fase.

Ex: Fase U a V - 208V (1.6% acima da mdia)V a W - 204V (0.33% abaixo da mdia)W a U - 202V (1.3% abaixo da mdia)

Mdia: 204.67VVariao: 6V (2.9%)

2.7.6. Transiente de tenso

So picos de tenso de curta durao queaparecem esporadicamente e podem atingircentenas de Volts (Fig.2.7.4).

Fig. 2.7.4 - Transiente de Tenso.

2.7.7. Tolerncia de tenso

So desvios mximos aceitveis na tenso egeralmente expressos como percentuais da tensonominal, por exemplo:

+ 5%: 105% da tenso nominal continuamente- 7,5%: 92,5% da tenso nominal continuamente

2.7.8. Tenso Residual

Quando operando em vazio, em rotao nominal esem tenso de excitao, o gerador sncrono

apresentar em seus terminais uma tenso residualdevido ao magnetismo residual presente no ncleomagntico da excitatriz. Estes nveis de tensopodem causar acidentes graves e com risco demorte. desaconselhvel a manipulao damquina enquanto o rotor estiver em movimento.Geradores com tenso nominal de 440V costumamapresentar 180V de tenso residual. Geradores comtenso nominal de 13800V facilmente apresentar1000V de tenso residual.


17/75

17


3. GERADORES WEG

Atualmente a WEG MQUINAS produz duas linhasde mquinas sncronas: Linha G plus e Linha S.

A linha G plus composta basicamente demquinas padres (seriadas) e a linha S demquinas especiais (engenheiradas, sob pedido).

Nomenclatura das mquinas sncronas WEG

A nomenclatura das mquinas sncronas WEG composta de letras e nmeros conforme as tabelasabaixo:

Exemplo: G T A . 3 1 1 A I V S

Tipo de Mquina

G Mquina Sncrona no Engenheirada

S Mquina Sncrona Engenheirada


Caracterstica

T Gerador Brushless com Bobina auxiliar

P Gerador Brushless com Excitatrizauxiliar

S Gerador Brushless sem auxiliarL Gerador com escovas

D Motor com escovas

E Motor Brushless sem Excitatriz auxiliar

F Motor Brushless com Excitatriz auxiliar


Comprimento da Carcaa

Ex.: 160mm = 16; 315mm = 31; 400mm = 40


Comprimento da Carcaa

1= Curta; 2= Mdia; 3 = Longa


Tenso

A

12 Terminais 480/240V 440/220V

380/190V (60Hz) ou 400/200V-380/190V (50Hz)

B 6 Terminais 220V/60Hz ou 190V/50Hz

C 6 Terminais 380V/60Hz

D 6 Terminais 440V/60Hz ou 380V/50Hz

E 6 Terminais 480V/60Hz ou 400V/50Hz

F 6 Terminais 575V/60Hz

G 2300V

H 4160V

I 6600V

J 11000V

K 13800V

Z Outra tenso


Aplicao

I Industrial

M Marinizado

T Telecomunicaes

N Naval

E Especial


Cdigo Complementar

Cdigo referente potncia do gerador


18/75

18


Geradores WEG linha G

A linha G possui mquinas com carcaas a partir da160 at 630, baixa ou alta tenso at 13800V, em

4, 6 ou 8 plos. So fabricados em chapas de aocalandradas, abertos-autoventilados (padres) oufechados com trocador de calor ar-ar (especiais sob pedido), formas construtivas B15T, B35T ouB3T e mancais de rolamentos lubrificados a graxa.So acionadas geralmente por motores diesel ougs.

A linha G tem como principais caractersticas:

- Excitao Brushless (sem escovas);

- Alimentao independente do regulador detenso atravs de Bobina Auxiliar (padro) ouexcitatriz auxiliar PMG (sob pedido)

- Passo de bobinagem 2/3, baixa distoroharmnica e baixa reatncia subtransitria,sendo apto a alimentar cargas deformantes comcomponentes de 3a harmnica altas;

- Excitatriz com ims permanentes, facilitandoassim o escorvamento sob qualquer condio;

- Facilidade de manuteno da corrente de curto-circuito (devido a presena de bobina auxiliarpara alimentao do regulador de tenso);

- Mancal nico ou duplo e montagem horizontal;

- Facilidade de manuteno, proporcionada pelarobustez das mquinas, acesso facilitado aosdiodos e regulador de tenso;

- Regulador de tenso encapsulado, com fusvelde proteo incorporado, montado na caixa deligaes.

Geradores WEG linha S

A linha S atende aplicaes mais especficas e composta de geradores e motores sncronosespeciais e engenheirados (sob pedido), comcarcaas a partir da 355 at 2500, em baixa ou altatenso at 13800V, com 4 plos ou acima. Sofabricados em chapas de ao soldadas, abertos-autoventilados ou fechados com trocador de calorar-ar ou ar-gua, formas construtivas B3, D5, D6 ou

V1 e mancais de rolamentos lubrificados a graxa ouleo e deslizamento a leo. So acionadosgeralmente por turbinas hidrulicas, a vapor ouelicas.

As principais caractersticas da linha S so:

- Excitao Brushless (sem escovas) ou com

escovas;- Com ou sem excitatriz auxiliar (PMG) para

alimentao do regulador de tenso;

- Regulador de tenso digital com sada serial,controle de fator de potncia, paralelismo, etc;

- Alimentao do regulador de tenso atravs doprprio gerador ou fonte externa;

- Formas construtivas horizontais ou verticais;

- Diferentes tipos de Refrigerao.

33..11..NNOORRMMAASSAAPPLLIICCVVEEIISS

As mquinas sncronas WEG so projetadas,fabricadas e testadas segundo as normas ABNT,IEC e DIN, onde aplicveis. Especificamentepodemos citar:

- VDE 0530 - Mquinas Eltricas Girantes(Especificao e Caractersticas de Ensaio);

- NBR 5117 - Mquinas Sncronas (Especificao);

- NBR 5052 - Mquinas Sncronas (Mtodo deEnsaio).

33..22..GGEERRAADDOORREESSCCOOMMEEXXCCIITTAAOOPPOORREESSCCOOVVAASS

Nestes geradores o campo no rotor alimentadoem corrente contnua atravs das escovas e aniscoletores e a tenso alternada de sada, paraalimentao das cargas, retirada do estator(armadura) (Fig. 3.2.1). Neste sistemanormalmente o campo alimentado por umaexcitatriz chamada de excitatriz esttica. A tensode sada do gerador mantida constante dentro desuas caractersticas nominais atravs do reguladorde tenso, que verifica constantemente a tenso desada e atua na excitatriz esttica. Quando acionadona rotao nominal e com a excitatriz desconectadado rotor, o processo de escorvamento inicia-se pelapequena tenso residual do gerador.Nas mquinas sncronas WEG este sistema de

excitao disponvel para a Linha S (modelos SLou SD).


19/75

19


Algumas vantagens e desvantagens desse tipo deexcitao:

VANTAGENS: Menor tempo de resposta narecuperao de tenso (aplicao direta de corrente

contnua no rotor).

DESVANTAGENS:Exige manuteno peridica noconjunto escovas e porta escovas. No aconselhvel a utilizao em cargas sensveis e detelecomunicaes, devido a possibilidade de gerarrdio interferncia em funo do contato dasescovas e anis (possvel faiscamento). Por issotambm no pode ser utilizado em atmosferasexplosivas.

33..33..GGEERRAADDOORREESSCCOOMMEEXXCCIITTAAOOSSEEMMEESSCCOOVVAASS((BBRRUUSSHHLLEESSSS))

Nesses geradores a corrente contnua paraalimentao do campo obtida sem a utilizao deescovas e anis coletores, utilizando somenteinduo magntica. Para isso o gerador possui umcomponente chamado excitatriz principal, comarmadura girante e campo fixo. A armadura dessaexcitatriz montada no prprio eixo do gerador.Possui tambm um conjunto de diodos girantes(circuito retificador), tambm montado no eixo do

gerador, para alimentao do campo principal emcorrente contnua. Este conjunto de diodos recebetenso alternada do rotor da excitatriz principal(armadura da excitatriz), tenso esta induzida peloestator da excitatriz principal (campo da excitatriz),que alimentado em corrente contnua provenientedo regulador de tenso.Um esquema dos componentes montados no rotorde uma mquina com excitao brushless encontra-se na Figura 3.3.1.O regulador de tenso monitora constantemente atenso de sada do gerador e atua no estator da

excitatriz. Com isso mantm a tenso de sada dogerador constante.A tenso alternada de sada do gerador, paraalimentao das cargas, retirada do seu estatorprincipal (armadura) (Fig. 3.3.2 a e b).

Nos geradores brushless, a potncia para aexcitao (alimentao do regulador de tenso)pode ser obtida de diferentes maneiras, as quaisdefinem o tipo de excitao da mquina. Esses tiposde excitao so:

- Alimentao atravs de bobina auxiliar, umconjunto auxiliar de bobinas, independente, alojadoem algumas ranhuras do estator principal damquina (armadura principal). Funciona como uma

fonte de potncia independente para o regulador detenso, no sujeita aos efeitos que acontecem noestator principal da mquina. O regulador recebetenso alternada dessa fonte e alimenta o campoda excitatriz principal com tenso retificada e

regulada.Em condies normais de operao, na bobinaauxiliar produzida uma tenso monofsica defreqncia nominal do gerador, sofrendo pequenasdistores na forma de onda dependendo do tipode carga (resistiva, indutiva ou capacitiva).Em situaes de curto-circuito, produzida umatenso monofsica de terceira harmnica quecontinua alimentando o regulador de tensoindependentemente e mantm o curto-circuito.Nas mquinas sncronas WEG essa configurao deexcitao padro para a Linha G em baixa tenso

(modelos GT, vide Figura 3.3.2.a);

- Alimentao atravs de excitatriz auxiliar a imspermanentes (ou PMG - Permanent MagnetsGenerator), que possui campo no rotor, a ms,montado no prprio eixo do gerador, e estator(armadura) fixado na tampa traseira do gerador(Linhas G ou S) ou na base, em compartimentoseparado do estator principal da mquina (Linha S).

A excitatriz auxiliar tambm funciona como umafonte de potncia independente para o regulador detenso. O regulador recebe a tenso trifsica

alternada gerada no estator da excitatriz auxiliar(armadura da excitatriz auxiliar), retifica, regula eaplica-a no estator da excitatriz principal do gerador(campo da excitatriz principal).Nas mquinas sncronas WEG essa configurao deexcitao disponvel mediante pedido para a LinhaG (modelos GP, vide figura 3.3.2.b), e praticamente padro para as mquinas da Linha S(modelos SP e SF).

- Alimentao sem excitatriz auxiliar pelo prprioenrolamento de armadura da mquina, atravs detaps (para baixa tenso) ou via TPs (para altatenso), ou ainda, alimentao externa em locaisonde h presena de rede. O regulador de tensorecebe tenso alternada de uma dessas fontes,retifica, regula e aplica-a no estator da excitatrizprincipal do gerador (campo da excitatriz principal).Nos geradores WEG essa configurao de excitao disponvel para os geradores da Linha S (modelosSS e SE).


20/75

20


Fig. 3.2.1 - Gerador com excitao por escovas.

Fig. 3.3.1 Esquema de Excitao Brushless (componentes do rotor).

Fig. 3.3.2.a - Gerador GTA com Bobina Auxiliar.


21/75

21


Fig. 3.3.2.b - Gerador GPA com Excitatriz Auxiliar PMG.

33..44..GGEERRAADDOORREESSCCOOMMEEXXCCIITTAAOOSSEEMMEESSCCOOVVAASSPPAARRAAAAPPLLIICCAAEESSEESSPPEECCIIAAIISS

TELECOMUNICAES - Os geradores paraTelecomunicaes devem ser especificadosconforme a norma ABNT NBR 14664.

As aplicaes mais comuns so grupos diesel deemergncia para centrais telefnicas, estaes basede telefonia celular, repetidoras, radares, sistema

de rdio, aeroportos, etc.

Vantagens:- No utiliza escovas e porta-escovas

conseguindo-se com isso, manuteno reduzida;- No introduz rdio-interferncias ocasionado

pelo mau contato de escovas;- Deformaes na forma de onda gerada,

provocada pelas cargas, no interferem naregulao, pois o regulador alimentado porbobina auxiliar, independente da tenso de sadado gerador.

Principais caractersticas tcnicasespecificadas pela ABNT NBR 14664 (Gruposgeradores Requisitos gerais paratelecomunicaes):- Reatncia sub-transitria de eixo direto (Xd")

menor ou igual a 12%;- Distoro harmnica total fase-neutro em vazio

menor ou igual a 3%;- Preciso da regulao de tenso + 2% para

qualquer valor estvel de carga no deformantecom fator de potncia entre 0,8 e 1,0;

- Transitrio de tenso para degrau de 100% dacarga: +10% da tenso nominal;

- Variaes de + 1% na rotao do motor diesel,no devem prejudicar a regulao da tenso;

- Faixa de ajuste da tenso nominal atravs depotencimetro: +/- 15%;

- Deve possuir resistor de desumidificao.

NAVAL - Os geradores para uso naval soprojetados e fabricados para atender parmetros ecaractersticas tcnicas de acordo com as entidadesclassificadoras e normas afins (ABS, DNV, Lloyds,Bureau Veritas, Rina, GL, PRS, CGSS, USSR).

Devem possuir certificao individual emitida poruma dessas entidades.

MARINIZADO - Os geradores marinizados soprojetados e fabricados para atender parmetros ecaractersticas tcnicas para aplicaes emambientes martimos ou agressivos, entretanto, noobedecem a entidades classificadoras navais. Osgeradores possuem protees internas e externasadicionais e no possuem certificao.

33..55..MMOOTTOORREESSSSNNCCRROONNOOSSOs motores sncronos caracterizam-se, quanto dinmica de funcionamento, por terem a mesmavelocidade de rotao do campo girante daarmadura em regime permanente. Portanto, nopossuem escorregamento e assim no possuemconjugado de partida. Deste modo, tais motoresnecessitam de um mtodo de partida.O mtodo mais comum consiste em partir o motorsncrono como se este fosse um motor assncronode gaiola e depois excit-lo, alimentando oenrolamento de campo com corrente contnua, afim de sincroniz-lo.

Reguladortenso


22/75

22


A alimentao do campo principal com correntecontnua pode ser feita diretamente atravs deescovas e anis coletores (excitao com escovas)ou sem escovas (excitao brushless).O mtodo para se obter torque de partida consiste

na utilizao de barras de cobre, lato ou alumnionas sapatas polares, que so curto-circuitadas nasextremidades por meio de anis, formando umagaiola como se fosse a de um motor de induoassncrono.

A fig. 3.5.1.a mostra o perfil de chapa rotrica paraum motor sncrono quatro plos, onde localizam-seas barras e a regio onde so curto-circuitadas nassapatas polares.

A gaiola de partida tambm chamada deenrolamento amortecedor, pois alm de fornecer oconjugado de partida, amortece oscilaes

causadas pelas variaes de carga, estabilizando arotao do motor.A partida do motor sncrono sem escovas(brushless) feita com enrolamento de campo(excitao) curto-circuitado e com o induzido(armadura) conectado rede. Curto-circuita-se oenrolamento de campo com o objetivo de evitar ainduo de tenses muito altas em suas espiras, oque provocaria a perfurao do isolamento.Conecta-se a armadura a uma rede de tensoalternada, quando manifesta-se ento o conjugadode motor assncrono. O rotor acelera at prximo

velocidade sncrona, sem contudo ating-la. Quandoa velocidade do rotor cerca de 95% da velocidadesncrona, o enrolamento de campo alimentadocom corrente contnua. O campo magntico criadopelo enrolamento de campo entrelaa-se com ocampo magntico girante da armadura,manifestando o conjugado de sincronismo efazendo com que o rotor acompanhe o campogirante de armadura (estator), movimentando-se velocidade sncrona.Este fenmeno transitrio chamado"sincronizao".Uma das aplicaes para os motores sncronos autilizao como compensadores sncronos paracorreo do fator de potncia nas instalaes ondeesto conectados. A vantagem a facilidade noajuste e a possibilidade da manuteno contnua dovalor do fator de potncia pr-ajustado. O motorsncrono, ao mesmo tempo em que aciona umacarga no eixo (mecnica), pode funcionar comocompensador sncrono.

A partir de um certo tamanho e potncia, e emaplicaes especficas, o motor sncrono operandocom fator de potncia unitrio pode ser umavantagem em relao ao assncrono devido

apresentar maior rendimento. Com fator depotncia unitrio a parcela de potncia reativa inexistente e com isso a corrente menor. Sendo acorrente menor e circulando nos enrolamentos, asperdas so menores.

Fig. 3.5.1.a - Perfil da Chapa do Campo.

A figura 3.5.1.b mostra um diagrama esquemticode um motor sncrono brushless, destacando oscomponentes fixos (montados na carcaa) e osgirantes (montados no rotor). Na seqnciaapresentamos um item referente ao sistema deexcitao brushless com descrio do seufuncionamento.

1 - Regulador de Excitao Fixo2 - Estator da mquina principal (armadura) - Fixo3 - Rotor da mquina principal (campo) - Girante4 - Estator da excitatriz - Fixo5 - Rotor da excitatriz - Girante6 - Circuito retificador - Girante7 - Circuito de chaveamento de campo - Girante

Fig. 3.5.1.b - Diagrama Esquemtico para MotorSncrono Brushless.


23/75

23


Sistema de excitao sem escovas(brushless) para motor sncrono

Este sistema de excitao constitudoprincipalmente de:

- Excitatriz principal;

- Enrolamento de campo;

- Circuito de chaveamento de campo.

A excitatriz principal um gerador de correntetrifsica de plos salientes que acomodam asbobinas do campo de excitao, as quais soligadas em srie.

O rotor da excitatriz principal laminado, e suasranhuras abrigam um enrolamento trifsico ligadoem estrela. O ponto comum desta ligao estrela inacessvel. De cada ponto da ligao estrela saemdois fios para os retificadores girantes, assentadossobre dois suportes dissipadores.O enrolamento de campo montado sobre o rotorda mquina principal, com as bobinas enroladassobre os plos de excitao.O estator da mquina principal alimentado poruma tenso trifsica proveniente da rede eltrica,que tambm alimenta o regulador de excitao (ou

regulador de fator de potncia), o qual alimenta oestator da excitatriz principal.A tenso induzida no rotor da excitatriz principal retificada e alimenta o enrolamento de campo.Na partida induzida uma tenso muito alta norotor da mquina principal e isto faz com que ocircuito de chaveamento de campo atue, chaveandoos tiristores montados no rotor, fazendo com que oenrolamento de campo seja curto-circuitado.Quando a rotao chega em aproximadamente 95%da nominal a tenso induzida no rotor principal damquina (enrolamento de campo) bastante baixa.Ento o circuito de chaveamento de campo faz comque os tiristores deixem de conduzir e oenrolamento de campo passa a receber a tensoretificada proveniente do rotor da excitatriz.

Vantagens deste sistema:

- No utiliza escovas e porta-escovas;

- No introduz rdio-interferncia pelo maucontato das escovas;

- Manuteno reduzida, solicitando cuidados

apenas na lubrificao dos mancais.

33..66..RREEGGUULLAADDOORRDDEETTEENNSSOO

O regulador de tenso eletrnico e automtico.Tem por finalidade monitorar a tenso terminal damquina e mant-la constante no valor ajustado,

independente das variaes da carga.Ele retifica uma tenso trifsica proveniente dabobina auxiliar, da excitatriz auxiliar, de TAP's daarmadura da mquina principal ou at da rede,levando-a atravs de um transistor de potncia aoenrolamento de campo da excitatriz principal.Possui tambm circuitos ajustes e protees paraassegurar um controle confivel do gerador.

33..77..TTEEMMPPOODDEERREEGGUULLAAGGEEMMDDAATTEENNSSOO((TTEEMMPPOODDEERREESSPPOOSSTTAA))

Como tempo de regulagem entende-se o tempotranscorrido desde o incio de uma queda de tensoat o momento em que a tenso volta ao intervalode tolerncia estacionria (por exemplo + 0,5%) epermanece na mesma ( ta na fig. 3.7.1)

Fig. 3.7.1 - Tempo de Regulagem de Tenso.

O tempo exato de regulagem depende na prtica deinmeros fatores. Portanto s pode ser indicado

aproximadamente.A fig. 3.7.2 d uma indicao aproximada sobre ostempos de regulagem a serem considerados, evalem para os degraus de cargas nominais.Em condies diferentes da acima, os tempospodem ser calculados proporcionalmente quedade tenso.


24/75

24


Fig. 3.7.2 - Tempo de Regulagem de Tenso.


25/75

25


4. CARACTERSTICAS DO AMBIENTE

Entre outros, dois fatores principais influenciamdiretamente na determinao da potnciaadmissvel:a) Temperatura do meio refrigerante onde o

gerador instalado.b)Altitude onde o gerador instalado.

Na maioria dos casos, o ar ambiente possuitemperatura no superior a 40C, isento deelementos prejudiciais e a altitude de at 1000macima do nvel do mar.

At estes valores de altitude e temperatura ambienteconsidera-se condies normais de operao, semsobre-aquecimento da mquina.

44..11..AALLTTIITTUUDDEE

Um gerador operando em altitude acima de 1000msem ter sido especificado para tal apresentaraquecimento, causado pela rarefao do ar e,conseqentemente, diminuio do seu poder dearrefecimento.

A insuficiente troca de calor entre o gerador e o arcircundante leva exigncia de reduo de perdas, oque significa tambm reduo de potncia.O aquecimento das mquinas diretamente

proporcional s perdas e estas variamaproximadamente numa razo quadrtica com apotncia.

44..22..TTEEMMPPEERRAATTUURRAAAAMMBBIIEENNTTEE

Em geradores que trabalham constantemente emtemperaturas ambientes superiores a 40C semterem sido projetados para essa condio, oenrolamento pode atingir temperaturas prejudiciais isolao, reduzindo sua vida til.

Este fato deve ser compensado por um projetoespecial do gerador, usando materiais isolantesespeciais ou pela reduo da potncia nominal domesmo.

Geradores que operam em temperaturas inferiores a- 20C e no especificados para esta condiopodem apresentar os seguintes problemas:- Excessiva condensao, exigindo drenagem

adicional ou instalao de resistncia deaquecimento, caso o gerador fique longosperodos parado;

- Formao de gelo nos mancais, provocandoendurecimento das graxas ou lubrificantes dosmancais, exigindo o emprego de lubrificantesespeciais ou graxas anti-congelantes.

44..33..DDEETTEERRMMIINNAAOODDAAPPOOTTNNCCIIAATTIILLDDOOGGEERRAADDOORRNNAASSDDIIVVEERRSSAASSCCOONNDDIIEESSDDEETTEEMMPPEERRAATTUURRAAEE

AALLTTIITTUUDDEE

Associando os efeitos da variao da temperatura eda altitude capacidade de dissipao, a potncia dogerador pode ser obtida multiplicando-se a potnciatil pelo fator de multiplicao encontrado nascurvas da fig.4.3.1.

Fig. 4.3.1. Diagrama de Potncia em Funo daAltitude e da Temperatura Ambiente.

44..44..AATTMMOOSSFFEERRAAAAMMBBIIEENNTTEE

4.4.1. Ambientes agressivos

Ambientes agressivos tais como, estaleiros,instalaes porturias, indstria de pescado emltiplas aplicaes navais, indstrias qumicas epetroqumicas, exigem que os equipamentos queneles trabalham sejam adequados para suportar aagressividade desses ambiente com elevadaconfiabilidade.Para aplicao de geradores nesses tipos deambientes a WEG dever ser consultada.

Nos casos de geradores para uso naval, as mquinasdevem apresentar caractersticas especiais de acordocom as exigncias de construo, inspeo e ensaiosestabelecidos nas normas das sociedadesclassificadoras navais, entre as quais:- American Bureau os Shipping (ABS)- Bureaus Veritas (BV)- Lloyds Register of Shipping- Germanischer Lloyd- E outras conforme tabela 4.4.1, que determinam,

entre outras caractersticas, temperaturas

ambientes mnimas e sobrecargas.


26/75

26


TEMPERATURAS AMBIENTES E SOBRECARGAS CONFORME ENTIDADESCLASSIFICADORAS E NORMAS NAVAIS

SOBRECARGA ADMISSVEL SEM

AQUECIMENTO PREJUDICIALNORMA TEMPERATURAAMBIENTE C

% TEMPO

VDE 0530 40 50 15seg

Germanischer Lloyd 45 50 2min

IEC5040 50 15seg

Lloyds Register 45 50 (com cos =0,8) 15seg

ABS 50 50 2min

DNV 4515% (com cos

=0,6) 2min

BV 50 50 15seg

RINA 50 50 15seg

Seeregister de UdSSR 45 50 2min

Tabela 4.4.1 - Temperaturas Ambientes e Sobrecargas de acordo com normas navais.

44..55..GGRRAAUUSSDDEEPPRROOTTEEOO

Os invlucros dos equipamentos eltricos, conformeas caractersticas do local em que sero instaladas ede sua acessibilidade, devem oferecer umdeterminado grau de proteo.

Assim, por exemplo, um equipamento a serinstalado num local sujeito a jatos de gua devepossuir um invlucro capaz de suportar tais jatos,sob determinados valores de presso e ngulo deincidncia, sem que haja penetrao de gua.

4.5.1. Cdigo de identificao

As normas IEC 60034-5 e ABNT-NBR 6146 definemos graus de proteo dos equipamentos eltricospor meio das letras caractersticas IP seguidas pordois algarismos.

1 Algarismo: Indica o grau de proteo contrapenetrao de corpos slidos estranhos na mquinae contato acidental.0 - sem proteo1 proteo contra penetrao de corpos slidosestranhos de dimenses acima de 50mm.

2 - idem, acima de 12mm.4 - idem, acima de 1mm.5 - proteo contra acmulo de poeiras prejudiciais mquina.

2 Algarismo: Indica o grau de proteo contrapenetrao de gua no interior da mquina.

0 - sem proteo.1 - proteo contra penetrao de pingos de guana vertical.2 - pingos de gua at a inclinao de 15 com avertical.3 - gua de chuva at a inclinao de 60 com avertical.4 - respingos de todas as direes.5 - jatos de gua de todas as direes.6 - gua de vagalhes.7 - imerso temporria.8 - imerso permanente.

NOTA:A letra (W), colocada entre as letras IP e osalgarismos indicativos do grau de proteo, indicaque a mquina protegida contra intempries.Exemplo: IPW55

As combinaes entre os dois algarismos, isto ,entre os dois critrios de proteo, esto resumidosna tabela 4.5.1.

De acordo com a norma, a qualificao da mquinaem cada grau de proteo, no que refere-se a cada

um dos algarismos, bem definida atravs deensaios padronizados.


27/75

27


1 ALGARISMO 2 ALGARISMO

GERADORCLASSE DEPROTEO PROTEO CONTRA

CONTATO

PROTEO CONTRAPENETRAO DE CORPOS

SLIDOS ESTRANHOS

PROTEO CONTRAPENETRAO DE GUA

IP00 NO TEM NO TEM NO TEM

IP02 NO TEM NO TEMPINGOS DE GUA AT UMAINCLINAO DE 15 COM A

VERTICAL

IP11TOQUE ACIDENTAL COM

A MODE DIMENSES ACIMA DE

50mm. PINGOS DE GUA NA VERTICAL

IP12PINGOS DE GUA AT UMAINCLINAO DE 15 COM A

VERTICAL

IP13GUA DE CHUVA AT UMAINCLINAO DE 60 COM A

VERTICAL.

IP21 TOQUE COM OS DEDOSDE DIMENSES ACIMA DE

12mm. PINGOS DE GUA NA VERTICAL

IP22PINGOS DE GUA AT UMAINCLINAO DE 15COM A

VERTICAL

IP23GUA DE CHUVA AT UMAINCLINAO DE 60COM A

VERTICAL

A

B

E

R

T

O

IP44TOQUE COM

FERRAMENTASCORPOS ESTRANHOS SLIDOS

ACIMA DE 1mmRESPINGOS DE TODAS AS

DIREES

IP54 PROTEO COMPLETACONTRA TOQUE

PROTEO CONTRA ACMULODE POEIRAS NOCIVAS

RESPINGOS DE TODAS ASDIREESF

ECHAD

O

IP55JATOS DE GUA DE TODAS AS

DIREES

Tabela 4.5.1 - Grau de Proteo.

4.5.2. Tipos usuais

Embora os algarismos indicativos do grau deproteo possam ser combinados de muitasmaneiras, somente alguns tipos de proteo soempregados nos casos normais. So eles IP21 eIP23 (para geradores abertos). Para aplicaesespeciais mais rigorosas, so comuns tambm osgraus de proteo IP54 (ambientes muitoempoeirados) e IP55 (casos em que osequipamentos so lavados periodicamente commangueiras, como em fbricas de papel).

44..66..LLIIMMIITTEESSDDEERRUUDDOO

As normas definem limites mximos de nvel depotncia sonora para as mquinas.

A tabela 4.6.1 indica os limites mximos de nvel depotncia sonora em mquinas eltricas girantestransmitidos atravs do ar, em decibis, na escalade ponderao A - dB(A) -conforme Normas IEC60034-9 e ABNT-NBR 7565.


28/75

28


Graus de ProteoIP22IP23

IP44IP55

IP22IP23

IP44IP55

IP22IP23

IP44IP55

IP22IP23

IP44IP55

IP22IP23

IP44IP55

IP22IP23

IP44IP55

VelocidadeNominal

(rpm)n 960 960 < n


29/75

29


44..88..VVEENNTTIILLAAOO

As perdas so inevitveis no gerador e o calorgerado por elas deve ser dissipado, ou seja,transferido para o elemento de resfriamento do

gerador, usualmente o ar ambiente.A maneira pela qual feita a troca de calor entre aspartes aquecidas do gerador e o ar ambiente oque define o SISTEMA DE VENTILAO damquina. Os sistemas usuais so de dois tiposprincipais:

4.8.1. Gerador aberto

o gerador em que o ar ambiente circula no seuinterior, em contato direto com as partes aquecidas

que devem ser resfriadas.Neste sistema o gerador apresenta uma proteoIP21 ou IP23 e possui um ventilador internomontado no eixo.O ventilador aspira o ar do ambiente, que apspassar atravs da mquina, devolvido quentenovamente ao meio ambiente.O gerador aberto propriamente dito, ou seja, aqueleem que no h nenhuma restrio livre circulaodo ar ambiente por dentro dele, raramente usado.Na realidade, as entradas e sadas de ar costumamser parcialmente protegidas, segundo diversos

graus de proteo que foram descritos no tem 4.5.A figura 4.8.1 mostra o esquema do circuito derefrigerao do gerador auto-ventilado da linha G. Aproteo neste caso IP21, pois as entradas de arpossuem venezianas e a sada possui tela. No casoda proteo IP23 a entrada de ar possui venezianae a sada possui tela com um chapu, que garantea proteo contra gua a 60 com a vertical.

Fig 4.8.1 - Gerador Aberto linha G.

4.8.2. Gerador totalmente fechado

"Gerador Fechado de tal modo que no haja trocade meio refrigerante entre o interior e o exterior da

carcaa, no sendo necessariamente estanque"(Definio da ABNT).O ar ambiente separado do ar contido no interiordo gerador, no entrando em contato direto comsuas partes internas. A transferncia de calor toda

feita na superfcie externa do gerador.O gerador no "estanque", isto , as folgas demontagem no impedem totalmente a penetraodo ar ambiente para dentro e a sada de ar dedentro para fora.Por exemplo:Quando o gerador comea a funcionar, o ar contidono seu interior se aquece e se expande, criandouma leve diferena de presso e fazendo com queum pouco de ar "escape" para o ambiente. Quandoo gerador pra, o ar interno esfria e se contrai,fazendo com que um pouco do ar externo penetre

no gerador. O gerador, assim, "respira" em funodas oscilaes de temperatura.Dependendo da maneira como feita a troca decalor na superfcie externa da mquina, existem osseguintes tipos de geradores totalmente fechados:

a) Totalmente fechado com trocador de calorar-ar.O gerador possui dois ventiladores montados noeixo, um interno e outro externo.O trocador de calor ar-ar constitudo de tubosmontados axialmente no trocador e normalmente

fica na parte superior do gerador.O ventilador interno fora o ar quente a circulardentro da mquina fazendo-o entrar em contatocom a parte externa dos tubos do trocador, queencontram-se dentro da mquina. O ventiladorexterno fora o ar do ambiente a circular dentro dostubos do trocador, retirando o calor deles etransferindo ao ambiente.Para trocadores ar-ar padres, os tubos so emconfeccionados em aluminio trefilado. Em algumasaplicaes especiais, em ao sem costura,fosfatizado, protegido por tinta anti-corrosiva ouao inox ou tubos especiais, dependendo daespecificao do cliente.

Fig. 4.8.2 - Refrigerao do gerador com trocadorde calor ar-ar.


30/75

30


b) Totalmente fechado com trocador de calorar-guaO gerador possui um ventilador interno montado noeixo e um ou dois radiadores a gua montados notrocador de calor. Esses radiadores recebem gua

fria de um sistema existente no local de instalaodo gerador.O trocador de calor normalmente montado naparte superior do gerador.O ventilador interno fora o ar quente a circular pordentro da mquina e atravs do radiador, onde ocalor retirado pela gua que circula nele.

A fig. 4.8.3 mostra o esquema do circuito derefrigerao do gerador com trocador de calor ar-gua.

Fig 4.8.3 - Refrigerao do gerador com trocador de

calor ar-gua.

44..99..AACCEESSSSRRIIOOSSEEEESSPPEECCIIAALLIIDDAADDEESS

4.9.1. Resistor de aquecimento

Resistores de aquecimento (ou resistores dedesumidificao) so utilizados em geradoresinstalados em ambientes muito midos. Soenergizados quando as mquinas esto paradas ecom isso aquecem seu interior alguns graus acimado ambiente (5 a 10C). Com isso impedem acondensao de gua no interior das mesmasquando estas ficam paradas por longo espao detempo.

A aplicao opcional, solicitada pelo cliente ourecomendada pela WEG quando ficar evidenciada autilizao da mquina em ambientes midos.Os resistores de desumidificao so fornecidospara funcionamento em uma s tenso, em redesmonofsicas de 110, 220, 380 ou 440V,dependendo da tenso disponvel no local dainstalao do gerador. A tenso de alimentao dosresistores deve ser especificada pelo cliente.

Dependendo do tamanho (carcaa) do gerador, aWEG emprega resistores de aquecimento depotncias diferentes (vide exemplos na tabela4.10.1).

CARCAA POTNCIA (W)

160 e 200 108

225 e 250 215

280, 315, 355, 400 e 450 430500 e 560 630

Tabela 4.10.1 - Potncia dos resistores deaquecimento por carcaa.

4.9.2. Proteo trmica de geradoreseltricos

A proteo trmica normalmente efetuada pormeio de termoresistncias, termistores outermostatos. Os tipos de detectores a seremutilizados so determinados em funo da classe detemperatura do isolamento empregado, de cadatipo de mquina e das exigncias da aplicao oucliente.

4.9.2.1. Termoresistores

Usualmente conhecidos como RTD (ResistanceTemperature Dependent) ou Resistncia Calibrada.Sua operao baseada na caracterstica devariao da resistncia com a temperatura,

intrnseca a alguns materiais (geralmente platina,nquel ou cobre). Possuem uma resistnciacalibrada que varia linearmente com a temperatura,possibilitando um acompanhamento contnuo doprocesso de aquecimento da mquina, com altograu de preciso e sensibilidade de resposta atravsdo uso de um controlador. Devido aoacompanhamento contnuo da temperatura, ummesmo detector pode servir para alarme e paradesligamento.Os termoresistores normalmente utilizados emmquinas eltricas so os do tipo Pt100 (Platina),

Ni20 (Nquel) e Cu10 (Cobre).Sua aplicao ampla nos diversos setores detcnicas de medio e automatizao detemperatura nas indstrias em geral e geralmenteaplica-se em instalaes de granderesponsabilidade.Em geradores as termoresistncias normalmenteso utilizadas nos enrolamentos (fases), emmancais (rolamentos ou buchas) e no ar deresfriamento da mquina (ar frio ou quente).Para os geradores WEG da linha S so padresesses detetores nas fases e mancais (02 por fase e01 por mancal).


31/75

31


4.9.2.2. Termistores (PTC e NTC)

So detectores trmicos compostos de semi-condutores que variam sua resistncia bruscamenteao atingirem uma determinada temperatura.

Podem ser de dois tipos:- PTC- Coeficiente de Temperatura Positivo- NTC- Coeficiente de Temperatura Negativo

O tipo "PTC" um termistor cuja resistnciaaumentabruscamente para um valor bem definidode temperatura. Essa variao brusca na resistnciainterrompe a corrente no PTC, acionando um relde sada, o qual pode ativar um circuito deproteo. Tambm pode ser utilizado para sistemasde alarme (01 por fase) ou alarme e desligamento

(02 por fase).

Para o termistor "NTC" acontece o contrrio do PTC,porm, sua aplicao no normal em geradoreseltricos, pois os circuitos eletrnicos de controledisponveis geralmente so para o PTC (aumento daresistncia).

Os termistores possuem tamanho reduzido, nosofrem desgastes mecnicos e tm uma boaresposta em relao aos outros detetores, emborano permitam um acompanhamento contnuo do

processo de aquecimento do gerador dentro deuma ampla faixa de temperatura.

4.9.2.3. Termostatos

So detetores trmicos do tipo bimetlico comcontatos de prata normalmente fechados (NF), quese abrem quando ocorre determinada elevao de

temperatura. Quando a temperatura de atuao dobimetlico baixar, este volta a sua forma originalinstantaneamente, permitindo o fechamento doscontatos novamente.Os termostatos podem ser destinados para sistemasde alarme, desligamento ou ambos (alarme edesligamento). So normalmente ligados em sriecom a bobina de um contator do circuito deproteo da mquina. Dependendo do grau desegurana e da especificao do cliente, podem serutilizados trs termostatos (um por fase) ou seistermostatos (grupos de dois por fase).

Para operar em alarme e desligamento (doistermostatos por fase), os termostatos de alarmedevem ser apropriados para atuao na elevao detemperatura prevista do gerador, enquanto que ostermostatos de desligamento devero atuar natemperatura mxima do material isolante.

Figura 4.9.1 - Visualizao do aspecto externo dos Termoresistores.

Figura 4.9.2. - Visualizao do aspecto externo dos Termistores.

Para mancaisde bucha

Para mancaisde rolamento


32/75

32


Figura 4.9.3. - Visualizao do aspecto interno e externo dos Termostatos.

Mxima Sobreelevao de Temperatura Permitida porClasse de Isolamento.

t em C (Mtodos da Variao de Resistncia)NORMA

MximaTemperaturaAmbiente

(C) A E B F HBrasilABNT NBR - 5117

40 60 75 80 105 125

Norma InternacionalIEC 34 - 1

40 60 75 80 100 125

AlemanhaVDE 0530 Parte 1 40 60 75 80 100 125USANEMA MG 1 e ASA

40 60 - 80 105 125

CanadCSA C 22.2 N54

40 60 - 80 105 125

Gr-BretanhaBS 2613

40 60 75 80 100 125

AustrliaAS 1359.32

40 60 75 80 100 125

BlgicaNBN 7

40 60 75 80 100 125

DinamarcaDS 5002

40 60 75 80 100 125

FranaNF CS1-112

40 60 75 80 100 125

HolandaVEMET N 1007

40 - 70 80 100 125

ndiaIS: 325-1961

40 60 75 80 - -

ItliaCEI 2-3

40 60 70 80 100 125

NoruegaNEM AV

40 60 75 80 - -

ustriaOVE - MIO

40 - 75 80 100 125

SuciaSEN 260101 40 60 70 80 100 125SuaSEV 3009

40 60 75 80 100 125

Tabela 4.10.2 - Mxima sobreelevao de Temperatura permitida para as Classes de isolamento A, E, B, F e H.


33/75

33


5. CARACTERSTICAS DEDESEMPENHO

55..11..PPOOTTNNCCIIAANNOOMMIINNAALL

a potncia que o gerador pode fornecer, dentrode suas caractersticas nominais, em regimecontnuo. O conceito de potncia nominal, ou seja,a potncia que o gerador pode fornecer, estintimamente ligado elevao de temperatura doenrolamento (Tab. 5.1.1).Sabemos que o gerador pode acionar cargas depotncia bem acima de sua potncia nominal atquase atingir o limite de estabilidade. O queacontece, porm, que se esta sobrecarga forexcessiva, isto , for exigida do gerador umapotncia muito acima daquela para a qual foiprojetado, o aquecimento normal ser ultrapassadoe a vida do gerador ser diminuda, podendo ele,at mesmo, queimar-se rapidamente.

Classe de Isolamento A E B F H

Temperatura ambiente C 40 40 40 40 40

t= elevaao detemperatura(mtodo de resistncia)

C 60 75 80 100 125

Diferena entre o pontomais quente e atemperatura mdia

C 5 5 10 15 15

Total: temperatura doponto mais quente C 105 120 130 155 180

Tabela 5.1.1 - Composio da temperatura emfuno da classe de isolamento.

A potncia do gerador fixada em relao apotncia das fontes consumidoras ou de acordocom a potncia do motor do acionamento:

A) Fixao de potncia de acordo com a potncia

das fontes consumidoras.Para a determinao do tamanho da mquinadevemos conhecer a potncia aparente S.

S = Ul x Il x 3Onde:S - potncia aparente (VA)Ul - tenso de linha (V)Il - corrente de linha (A)

Nos catlogos a potncia aparente dada em kVA,sendo vlida para os fatores de potncia entre 0.8 e1.0 (Indutivos).Para fatores de potncia menores que 0.8 apotncia da mquina deve ser reduzida conforme afig. 5.1.1, isto implica portanto que o cos dacarga tambm deve ser conhecido.

Portanto, se um gerador for conectado a cargascom fatores de potncia distintos, precisoaveriguar antes quais os componentes de potnciaativa e reativa das cargas e ento determinar apotncia aparente total, bem como o fator de

potncia geral.

)Qn+...+Q2+(Q1+)Pn+...+P2+(P1=S 22

Onde:S - potncia aparente total (VA)P1...n - componentes de potncia ativa de cada

fonte consumidora (W)Q1...n - componentes de potncia reativa de cada

fonte consumidora (VAr)

SP= Cos

Fig. 5.1.1 - Potncia em funo do Cos .

B) Fixao da potncia de acordo com a potnciado motor de acionamento.

Muitas vezes no possvel conhecer a potnciaexata das fontes consumidoras. Neste caso apotncia do gerador determinada a partir dapotncia de acionamento e, como fator de potncia,podemos adotar 0.8, caso os fatores individuaisencontrem-se nessa faixa.

Da potncia til do motor de acionamento,diminumos as perdas do gerador, para obter apotncia ativa que fica disposio nos terminaisdo gerador.

[ ]kW100

Pn=Pg g)(

Onde:Pg - potncia do gerador (kW)Pn - potncia do motor acionante (kW)(g)- rendimento do gerador (%)

Para potncia do motor acionante dada em cv,multiplicar por 0.736 para obt-la em kW.

Pn(KW) = Pn(cv) x 0.736


34/75

34


Para determinao da potncia aparente dogerador, devemos levar em considerao orendimento dos geradores indicado nos catlogos,para fatores de potncia entre 0.8 e 1.0.Ento, levando em considerao o fator de

potncia, a potncia aparente fica:

CosCos x100

xPn=

Pg=S

Exemplos:Numa indstria deve ser instalado um GrupoGerador Diesel para fornecer eletricidade s suasinstalaes, onde existem as seguintes fontesconsumidoras:a) Iluminao 80 kVA cos= 0,7

b) Aquecimento 152 kVA cos= 1,0c) 01 motor trifsico WEG - IP54 - 40 cv IV plosd) 01 motor trifsico WEG - IP54 - 60 cv IV plose) 01 motor trifsico WEG - IP54 - 75 cv IV plos

Do catlogo de motores trifsicos WEG obteremos:Motor 40 cv (30 kW), cos= 0,85, = 90,9%Motor 60 cv (45 kW), cos= 0,88, = 90,8%motor 75 cv (55 kW), cos= 0,90, = 91,9%

Para determinao da potncia foi consideradoservio contnuo. Ser analisado posteriormente ainfluncia da partida dos motores.

Para o clculo da potncia ativa e aparente nosmotores geralmente indica-se a potncia til noeixo. A potncia ativa consumida abtm-sedividindo a potncia til pelo rendimento;

Dos valores da potncia ativa e cos do motor,obtm-se a potncia aparente total consumida porele;

Com os valores de potncia ativa e potnciaaparente, determina-se a potncia reativa

consumida pelo motor.

Portanto, para o motor de 40 cv teremos:

kW33,0=90,9

30=

100x(kW)Pu=(kW)P

kVA38,8=0,85

33,0=

(kW)P=(kVA)S

cos

)P(kW-)S(kVA=Q 22

kVAr20,4=)(33,0-)(38,8=Q

22

Desta maneira, e para as demais cargas, obteremosos seguintes resultados da Tabela 4.1.

CARGA COS % S(kVA)

P(kW)

Q(kVAr)

Iluminao 0.70 - 80 56 57,1

Aquecimento 1.00 - 152 152 -

Motor 40 cv 0.85 90,9 38.8 33.0 20.4

Motor 60 cv 0.88 90,8 56.3 49.5 26.8

Motor 75 cv 0.90 91,9 66.4 59.8 28.9

Tabela 4.1 - Quadro Geral de Potncia.

Assim, a potncia aparente do gerador ser a somade todas as parcelas de potncia ativa e reativa dascargas:

)Q++Q+(Q+)P++P+(P=S 2n2

n ........ 2121

)28,9+26,8+20,4+0+(57,1+)59,8+49,5+33,0+152+(56=S 22

kVA375=S

O fator de potncia geral ser:

0,934=375350,3=SP= Cos

Do catlogo de geradores WEG Linha G, obtemos ogerador GTA315SI31, para tenso de 440V, compotncia de 405 kVA.

O rendimento do gerador com carga nominal estindicado no catlogo como 94%.

Portanto, a potncia mnima de acionamento dogerador considerando carga nominal ser:

0,94

0,934x405=

x(kVA)Pg=PN

cos

402(kW)=PN

Neste exemplo foram analisadas as condiesestacionrias do gerador (operao em regime),entretanto antes que o tamanho da mquina possaser determinado em definitivo, ainda resta examinaras condies para a partida dos motores.

O procedimento est descrito no item 5.3.


35/75

35


55..22..EELLEEVVAAOODDEETTEEMMPPEERRAATTUURRAA--CCLLAASSSSEEDDEEIISSOOLLAAMMEENNTTOO

5.2.1. Aquecimento do enrolamento

A potncia til fornecida pelo gerador menor quea potncia acionante, isto , o rendimento dogerador sempre inferior a 100%. A diferenaentre duas potncias representa as perdas, que sotransformadas em calor, o qual aquece oenrolamento e deve ser dissipado para fora dogerador, para evitar que a elevao de temperaturaseja excessiva.O mesmo acontece em todos os tipos de mquinaseltricas.No motor do automvel, por exemplo, o calorgerado pelas perdas internas tem que ser retirado

do bloco pelo sistema de circulao de gua comradiador ou pela ventoinha, em motores resfriadosa ar.No captulo 4 podem ser vistos os diferentes tiposde ventilao.

5.2.2. Vida til de mquinas eltricas girantes

Se no considerarmos as peas que se desgastamdevido ao uso, como escovas e rolamentos, a vidatil da mquina eltrica determinada pelo material

isolante.Este material afetado por muitos fatores comoumidade, vibraes, ambientes corrosivos e outros.Dentre todos os fatores o mais importante , semdvida, a temperatura de trabalho dos materiaisisolantes empregados.Quando falamos em diminuio da vida til damquina no nos referimos s temperaturaselevadas, quando o isolante se queima e oenrolamento destrudo de repente. Vida til daisolao, em termos de temperatura de trabalho,bem abaixo daquela em que o material se queima,

refere-se ao envelhecimento gradual do isolante,que vai se tornando ressecado, perdendo o poderisolante, at que no suporte mais a tensoaplicada e produza o curto-circuito.

A experincia mostra que a isolao tem umadurao praticamente ilimitada se a suatemperatura for mantida abaixo de um certo limite.

Acima deste valor, a vida til da isolao vai setornando cada vez mais curta, medida que atemperatura de trabalho mais alta. Este limite detemperatura muito mais baixo que a temperaturade "queima" do isolante e depende do tipo dematerial empregado.

Das curvas de variao das caractersticas dosmateriais em dependncia d temperaturadetermina-se a vida til, que reduzida pelametade a cada de 8 a 10 de operao acima da

temperatura nominal da classe.Esta limitao de temperatura se refere ao pontomais quente da isolao e no necessariamente aoenrolamento todo. Evidentemente, basta um pontofraco no interior da bobina para que o enrolamento

fique inutilizado.

5.2.3. Classes de isolamento

Definio das classes:Como foi visto acima, o limite de temperaturadepende do tipo de material empregado. Para finsde normalizao, os materiais isolantes e ossistemas de isolamento (cada um formado pelacombinao de vrios materiais) so agrupados emClasses de Isolamento, cada qual definida pelo

respectivo limite de temperatura, ou seja, pelamaior temperatura que o material pode suportarcontinuamente sem que seja afetada sua vida til.

As classes de isolamento utilizadas em mquinaseltricas e os respectivos limites de temperaturaconforme a Norma NBR 7094 so as seguintes:Classe A (105C);Classe E (120C);Classe B (130C);Classe F (155C);Classe H (180C).

As classes B e F so as comumente utilizadas emmotores normais. J para geradores as maiscomuns so a F e H.Os geradores WEG da linha G possuem comopadro isolamento classe H e os da linha Sisolamento classe F.

A figura abaixo ilustra a elevao de temperaturano enrolamento sobre a temperatura do arambiente. Esta diferena total, comumentechamada de Elevao de Temperatura ousimplesmente T, a soma da queda detemperatura interna com a queda externa.

Fig. 5.2.1 - Ilustrao da elevao de temperaturaem uma mquina eltrica.


36/75

36


O projeto da mquina visa reduzir a queda interna(melhorar a transferncia de calor) para poder teruma queda externa maior possvel, pois esta querealmente ajuda a dissipar o calor. A queda internade temperatura depende de diversos fatores.

As relaes dos pontos representados na figuraacima com a temperatura, so explicadas a seguir:

A Ponto mais quente do enrolamento, no interiorda ranhura, onde gerado o calor provenientedas perdas nos condutores;

AB Queda de temperatura na transferncia decalor do ponto mais quente (interior dabobina) at a parte externa da bobina. Como oar um pssimo condutor de calor, importante que no haja "vazios" no interiorda ranhura, isto , as bobinas devem ser

compactas e a impregnao deve ser perfeita;B Queda atravs do isolamento da ranhura e docontato deste com os condutores de um lado ecom as chapas do ncleo do outro. O empregode materiais modernos melhora a transmissode calor atravs do isolante. A perfeitaimpregnao melhora o contato do ladointerno, eliminando os espaos vazios. O bomalinhamento das chapas estampadas melhorao contato do lado externo, eliminandocamadas de ar que prejudicam a transfernciade calor;

BC Queda de temperatura por transmisso atravsdo material das chapas do ncleo;C Queda no contato entre o ncleo e a carcaa;CD Queda de temperatura por transmisso atravs

da espessura da carcaa.

Graas a um projeto moderno, uso de materiaisavanados e processos de fabricao aprimoradossob um permanente controle de qualidade, osgeradores WEG apresentam uma excelentetransferncia de calor do interior para a superfcie,eliminando assim os "pontos quentes" noenrolamento.

Temperatura externa da mquina:Era comum, antigamente, verificar o aquecimentode uma mquina eltrica medindo, com a mo, atemperatura externa da carcaa. Em mquinasmodernas este mtodo primitivo completamenteerrado.Como comentado anteriormente, os critriosmodernos de projeto procuram aprimorar atransmisso de calor internamente, de modo que atemperatura do enrolamento fique pouco acima datemperatura externa da carcaa, onde ela

realmente contribui para dissipar as perdas. Emresumo, a temperatura da carcaa no d indicaodo aquecimento interno da mquina nem de suaqualidade. Uma mquina fria por fora pode ter

perdas maiores e temperatura mais alta noenrolamento do que uma mquina exteriormentequente.

5.2.4. Medida da temperatura doenrolamento

muito difcil medir a temperatura do enrolamentocom termmetros ou termopares, pois atemperatura varia de um ponto a outro e nunca sesabe se o ponto da medio est prximo do pontomais quente.O mtodo mais preciso e mais confivel de se medira temperatura de um enrolamento atravs davariao de sua resistncia hmica com atemperatura, que aproveita a propriedade dos

condutores de variar sua resistncia, segundo umalei conhecida.A elevao da temperatura pelo mtodo daresistncia, calculada por meio da seguinteequao, para condutores de cobre:

Onde:t = Elevao da temperatura do enrolamento;t1= Temperatura do enrolamento antes do ensaio

(praticamente igual a do meio refrigerante,medida por termmetro);

t2= Temperatura do enrolamento no fim doensaio;

ta= Temperatura do meio refrigerante no fim doensaio;

R1= Resistncia do enrolamento no incio d

Ger Adores

Documents

Transcript of Ger Adores