Geradores Trifásicos

Fatec – Osasco Prefeito Hirant Sanazar

1. INTRODUCAO

• Histórico.

O gerador elementar foi inventado na Inglaterra em 1831 por MICHAEL FARADAY, e nos Estados Unidos, mais ou menos na mesma época, por JOSEPH HENRY.

Michael Faraday Joseph Henry

Este gerador consistia basicamente de um imã que se movimentava dentro de uma espira, ou vice-versa, provocando o aparecimento de uma f.e.m. registrado num galvanômetro.

O galvanômetro indica a passagem de uma corrente quando o imã se dirige em relação a bobina.

NOCÕES DE APLICACOES

Geradores síncronos são máquinas destinadas atransformar energia mecânica em energia elétrica.Toda a energia consumida nas indústrias,residências, cidades, etc..., são proveniente destesgeradores.

NOCÕES DE APLICACOES

• Hoje em dia existem geradores nas seguintes aplicações.

• Em fazendas e sítios;• Para emergências em hospitais;• Centro de processamento de dados;• Telecomunicações;• Usinas Hidrelétricas;• Naval, petroquímica, etc.

Tipos de acionamentos

A - Grupos Diesel ou GásSão geradores acionados por Motores Diesel ou aGás.Potência: 12.5 a 3500kVARotação: 1800rpm (IV pólos), 1200rpm (VI pólos)ou 900rpm (VIII pólos)Tensão: 220 a 6600V - 50 e 60Hz.

Tipos de acionamentos

B - HidrogeradoresSao geradores acionados por Turbinas

Hidraulicas.Potencia: 500 a 25000 kVARotacao: 1800 rpm ou abaixo (IV ou mais polos)Tensao: 220 a 13800V – 50 e 60Hz

Tipos de acionamentos

• C - Turbogeradores• Sao geradores acionados por Turbinas a

Vapor.• Potencia: 500 a 50000kVA• Rotacao: 1800rpm (IV polos)• Tensao: 220 a 13800V – 50 e 60Hz

Tipos de acionamentos

• D – Eolicos• Sao geradores acionados por turbinas a vento.• Potencia: ate 1500kVA• Rotacao, tensao e frequencia sob consulta

NOCOES FUNDAMENTAIS

PRINCíPIO DE FUNCIONAMENTO

A característica principal de um gerador elétrico é transformar energia mecânica em elétrica. Para facilitar o estudo do principio de funcionamento, vamos considerar inicialmente uma espira imersa em um campo magnético produzido por um imã permanente.

NOCOES FUNDAMENTAIS

O principio básico de funcionamento esta baseado no movimento relativo entre uma espira e um campo magnético. Os terminais da espira são conectados a dois anéis, que estão ligados ao circuito externo através de escovas. Este tipo de gerador e denominado de armadura giratória.

NOCOES FUNDAMENTAIS

Admitamos que a bobina gira com velocidade uniforme no sentido da flecha dentro do campo magnetico "B" tambem uniforme.

NOCOES FUNDAMENTAIS

Se "v" e a velocidade linear do condutor em relação ao campo magnético, segundo a lei da indução de (FARADAY), o valor instantâneo da f.e.m. induzida no condutor em movimento de rotação e determinada por:

e = B.l.v.sen(B^v). Ou (ωt+φ)Onde:• e - forca eletromotriz (f.e.m.)• B - inducao do campo magnetico• l - comprimento de cada condutor• v - velocidade linear

• Para N espiras teremos:• e = B.l.v.sen(B^v).N

GERADOR MONOFÁSICOA variação da f.e.m. no condutor em

função do tempo e determinada pela lei da distribuição da indução magnética sob um polo.

Esta distribuição tem um caráter complexo e depende da forma da sapata polar. Com um desenho conveniente da sapata poderemos obter uma distribuição senoidal de induções.

Neste caso, a f.e.m. induzida no condutor também varia com o tempo sob uma lei senoidal.

GERADOR MONOFÁSICO

A Fig.a. mostra somente um lado da bobina no campo magnetico, em 12 posições diferentes, estando cada posição separada uma da outra de 30 graus.

A Fig.b. nos mostra as tensõescorrespondentes a cada uma

das posições. Distribuicao da Inducao Magneticasob um Polo.

GERADOR MONOFÁSICO

Esquema de funcionamento de umgerador elementar (armadura fixa).

Ja nos geradores de campo giratorio, (Fig. Ao lado) a tensao de armadura é

retirada diretamente do enrolamento de armadura (neste caso o estator)

sem passar pelas escovas.

A potencia de excitacao destes geradores normalmente e inferior a 5% da potencia nominal. Por este motivo, o tipo de armadura fixa (ou campo girante) e o mais utilizado.

Gerador Monofásico

Para uma maquina de um par de polos, a cada giro das espiras teremos um ciclo completo da tensao gerada.

Gerador Trifásico

Os enrolamentos podem ser construidos com um numero maior de pares de polos, que se distribuirao alternadamente (um norte e um sul).

Neste caso, teremos um ciclo a cada par de polos.

GERACAO DE CORRENTETRIFASICA

O sistema trifasico e formado pela associacao de tres sistemas monofasicos de tensoes V1, V2 e V3, tais que a defasagem entre elas seja de 120 graus.

GERACAO DE CORRENTETRIFASICA

O enrolamento desse tipo de gerador e constituido por tres conjuntos de bobinas dispostas simetricamente no espaco, formando entre si tambem um angulo de120 graus.

GERACAO DE CORRENTE TRIFASICA

Para que o sistema seja equilibrado, isto e, U1 = U2= U3 o numero de espiras de cada bobina tambem devera ser igual.

GERACAO DE CORRENTE TRIFASICA

A ligacao dos tres sistemas monofasicos para se obter o sistema trifasico pode ser , representado no esquema seguinte.

GERACAO DE CORRENTE TRIFASICANestes esquemas costuma-se representar as tensoes com setas inclinadas, ouvetores girantes, mantendo entre si o ângulo correspondente a defasagem de (120 graus).

Ligacoes no sistema trifasico

Ligacao triangulo:Na ligação triangulo ou DELTA,

as extremidades dos enrolamentos do gerador são interligados de modo a formar um triangulo.

Nessa ligação:Vca=Vbc=Vab, correspondem

as tensões de fase VF e de linha VL, ou seja:

VF = VL

Ligacao trianguloJá as correntes de fase nas cargas IF (IAB, IBC, ICA) são diferentes das correntes de linha IL (IA, IB, IC), que podem ser calculadas por:

Ligação triangulo

No caso de carga balanceada, as defasagens entre tensão e corrente em cada fase são iguais, isto é:φA=φB=φC=φ; conforme a figura.

Quando a carga é desbalanceada, as defasagens entre tensão e corrente em cada fase são diferentes, isto é:φA≠φB≠φC

Ligação triangulo

As tensões de linha ou de fase podem ser escritas como:

Vab(t)= Vp.senωt .

VBC(t)=Vp.sen(ωt-120).

VAC(t)=Vp.sen(ωt+120)

Ligação triângulo

A relação entre os módulos das correntes de linha: IL e de fase IF, pode ser determinada da seguinte maneira:

IL= √3.IF

LIGAÇÃO ESTRELANa ligação estrela, os pontos: X,Y e Z são interligados entre sí,

formando um ponto comum chamado neutro(N), o qual é ligado ao neutro da carga.

A corrente no fio neutro é a soma vetorial das correntes de fase, isto é: IN = IA + IB + IC

Ligação estrelaTensões de fase e de linha.• As tensões medidas entre os terminais do gerador( pontos A,B,C)

e o neutro(N), denomina-se Tensões de fase (VA, VB e VC), ou genericamente VF.

LIGAÇÃO ESTRELA• As tensões medidas entre dois

terminais do gerador( pontos: AB, BC e CA), são chamadas de tensões de linha(VAB, VBC e VCA) ou genericamente VL.

• Podendo ser equacionadas do seguinte modo:

• VAB= VA – VB• VBC = VB – VC• VCA= VC - VA

LIGAÇÃO ESTRELA• Num sistema trifásico a carga é

balanceada, quando: Z1,Z2 e Z3 são iguais em módulo e fase.

• Neste caso, as defasagens entre tensão e corrente em cada fase são iguais, isto é:

• φA=φB=φC=φ.

LIGAÇÃO ESTRELA

As tensões de fase podem ser escritas como:Vab(t)= Vp.senωt .VBC(t)=Vp.sen(ωt-120).VAC(t)=Vp.sen(ωt+120):

A relação entre elas é: VL= √3. VF

POTENCIA EM SISTEMAS TRIFÁSICOS

• Em um sistema trifásico balanceado, as potencias ativas em cada fase são iguais, de forma que a potencia ativa total é a soma das potencias ativa nas fases, isto é:

• P=3.VF. IF. Cosφ (W).

• VF e IF em valores eficazes.

POTENCIAS EM SISTEMAS TRIFÁSICOS.

• Na ligação estrela:• P=√3.VL.IL.cosφ (W)

• Na ligação triangulo:• P= √3.VL.IL.cosφ (W)

POTENCIAS EM SISTEMAS TRIFASICOS

• Potencia Reativa total:

PR= 3.VF.IF.sen φ (VAR)

Potencia Aparente Total:

Pap= 3.VF.IF (VA)

FIM

• Bibliografia:Análise de circuitos em corrente Alternada.Eng: Romulo Oliveira.Ed: Erica.

Introdução a Analise de Circuitos.Robert L. Boylestad.Ed: Pearson.

Maquinas EletricasGeraldo Carvalho.Ed: Erica.