weg caracteristicas e especificacoes de geradores

DT-5CARACTERSTICAS E ESPECIFICAES DE GERADORES

TR216-12

DT-5 - Caractersticas e Especificaes de Geradores

NDICE1. INTRODUO ....................................................................................................................................... 4 1.1. HISTRICO ..................................................................................................................................4 1.2. NOES DE APLICAES.............................................................................................................4 1.2.1. Tipos de acionamentos ....................................................................................................4 2. NOES FUNDAMENTAIS ................................................................................................................... 5 2.1. PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO.................................................................................................5 2.2. GERAO DE CORRENTE TRIFSICA ...........................................................................................6 2.2.1. Ligaes no sistema trifsico ...........................................................................................6 2.2.2. Tenso nominal mltipla..................................................................................................8 2.3. COMPORTAMENTO DO GERADOR EM VAZIO E SOB CARGA .......................................................10 2.4. MQUINAS DE PLOS LISOS E SALIENTES ................................................................................12 2.5. REATNCIAS ..............................................................................................................................13 2.6. POTNCIA EM MQUINAS DE PLOS SALIENTES.......................................................................14 2.7. DEFINIES ..............................................................................................................................15 2.7.1. Distoro harmnica ......................................................................................................15 2.7.2. Fator de desvio..............................................................................................................15 2.7.3. Modulao de tenso .....................................................................................................16 2.7.4. Desequilbrio angular .....................................................................................................16 2.7.5. Desbalanceamento de tenso ........................................................................................16 2.7.6. Transiente de tenso .....................................................................................................16 2.7.7. Tolerncia de tenso .....................................................................................................16 3. GERADORES WEG .............................................................................................................................. 17 3.1. NORMAS APLICVEIS.................................................................................................................18 3.2. GERADORES COM EXCITAO POR ESCOVAS ............................................................................18 3.3. GERADORES COM EXCITAO SEM ESCOVAS (BRUSHLESS) ......................................................19 3.4. GERADORES COM EXCITAO SEM ESCOVAS PARA APLICAES ESPECIAIS ............................21 3.5. MOTORES SNCRONOS ..............................................................................................................21 3.6. REGULADOR DE TENSO ...........................................................................................................23 3.7. TEMPO DE REGULAGEM DA TENSO (TEMPO DE RESPOSTA) ....................................................23 4. CARACTERSTICAS DO AMBIENTE .................................................................................................. 25 4.1. ALTITUDE ..................................................................................................................................25 4.2. TEMPERATURA AMBIENTE .........................................................................................................25 4.3. DETERMINAO DA POTNCIA TIL DO GERADOR NAS DIVERSAS CONDIES DE TEMPERATURA E ALTITUDE..............................................................................................................25 4.4. ATMOSFERA AMBIENTE .............................................................................................................25 4.4.1. Ambientes agressivos ....................................................................................................25 4.5. GRAUS DE PROTEO................................................................................................................26 4.5.1. Cdigo de identificao ..................................................................................................26 4.5.2. Tipos usuais ..................................................................................................................27 4.6. LIMITES DE RUDO ....................................................................................................................27 4.7. VIBRAO..................................................................................................................................28 4.8. VENTILAO ..............................................................................................................................29 4.8.1. Gerador aberto ..............................................................................................................29 4.8.2. Gerador totalmente fechado ..........................................................................................29 4.9. ACESSRIOS E ESPECIALIDADES...............................................................................................30 4.9.1. Resistor de aquecimento ...............................................................................................30 4.9.2. Proteo trmica de geradores eltricos ........................................................................304.9.2.1. Termoresistores ........................................................................................................................30 4.9.2.2. Termistores (PTC e NTC) .........................................................................................................31 4.9.2.3. Termostatos ..............................................................................................................................31 2


5. CARACTERSTICAS DE DESEMPENHO............................................................................................. 33 5.1. POTNCIA NOMINAL ..................................................................................................................33 5.2. ELEVAO DE TEMPERATURA - CLASSE DE ISOLAMENTO .........................................................35 5.2.1. Aquecimento do enrolamento ........................................................................................35 5.2.2. Vida til de mquinas eltricas girantes .........................................................................35 5.2.3. Classes de isolamento ...................................................................................................35 5.2.4. Medida da temperatura do enrolamento ........................................................................36 5.2.5. Aplicao a mquinas eltricas ......................................................................................36 5.3. QUEDA DE TENSO....................................................................................................................37 5.3.1. Clculo da queda de tenso ...........................................................................................37 5.3.2. Influncia do fator de potncia ......................................................................................38 5.3.3. Influncia da carga inicial ..............................................................................................38 5.3.4. Limitaes na partida de motores ..................................................................................41 5.4. Sobrecarga .................................................................................................................................44 5.5. SOBREVELOCIDADE ...................................................................................................................44 5.6. CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO ..............................................................................................44 5.7. CONVERSO DE REATNCIAS ....................................................................................................44 5.8. PROTEO DO GERADOR ..........................................................................................................45 5.9. REGIME DE SERVIO .................................................................................................................45 5.9.1. Regimes Padronizados ...................................................................................................46 5.10. DIAGRAMA DE CARGA..............................................................................................................46 5.11. OPERAO EM PARALELO DE GERADORES ..............................................................................47 5.12. CLCULO DA BOBINA DE ATERRAMENTO DO PONTO ESTRELA DE GERADORES .....................49 6. CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS ............................................................................................... 50 6.1. COMPONENTES PRINCIPAIS ......................................................................................................50 6.1.1. Estator da mquina principal .........................................................................................50 6.1.2. Rotor da mquina principal ............................................................................................50 6.1.3. Estator da excitatriz principal .........................................................................................50 6.1.4. Rotor da excitatriz principal e diodos retificadores girantes ............................................50 6.1.5. Excitatriz auxiliar ...........................................................................................................50 6.1.6. Enrolamento auxiliar (ou bobina auxiliar) .......................................................................50 6.2. PLACA DE IDENTIFICAO ........................................................................................................51 6.3. PINTURA - GERADORES PARA APLICAO INDUSTRIAL GERAL .................................................51 6.4. TERMINAIS DE ATERRAMENTO ..................................................................................................52 6.5. MANCAIS ...................................................................................................................................52 6.6. FORMA CONSTRUTIVA ...............................................................................................................55 7 . SELEO DE GERADORES ................................................................................................................ 60 7.1. CARACTERSTICAS NECESSRIAS PARA A CORRETA SELEO ..................................................60 7.2. PRINCIPAIS APLICAES DE GERADORES .................................................................................60 7.2.1. Converso de freqncia ou isolamento da rede ............................................................60 7.2.2. Converso de Corrente ..................................................................................................61 7.2.3. No-Break .......................................................................................................................62 7.2.4. Short-Break Diesel .........................................................................................................62 7.2.5. Geradores alimentando cargas deformantes ..................................................................63 8. ENSAIOS ............................................................................................................................................. 64 9. COLETNEA DE FRMULAS .............................................................................................................. 65

3


1. INTRODUO1.1 . HIS T RIC OO gerador elementar foi inventado na Inglaterra em 1831 por MICHAEL FARADAY, e nos Estados Unidos, mais ou menos na mesma poca, por JOSEPH HENRY. Este gerador consistia basicamente de um m que se movimentava dentro de uma espira, ou viceversa, provocando o aparecimento de uma f.e.m. registrado num galvanmetro.

-

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 a Gs. Potncia: 12.5 a 3500kVA Rotao: 1800rpm (IV plos), 1200rpm (VI plos) ou 900rpm (VIII plos) Tenso: 220 a 6600V - 50 e 60Hz.

B - Hidrogeradores So geradores acionados por Turbinas Hidrulicas. Potncia: 500 a 25000 kVA Rotao: 1800 rpm ou abaixo (IV ou mais plos) Tenso: 220 a 13800V 50 e 60Hz

Fig. 1.1.1 - O galvanmetro "G" indica a passagem de uma corrente quando o m se move em relao a bobina. A WEG MQUINAS, uma das unidades do grupo WEG, iniciou suas atividades em 1980, tendo adquirido ao longo destes anos uma larga experincia e tecnologia na fabricao de geradores de pequeno e grande porte.

C - Turbogeradores So geradores acionados por Turbinas a Vapor. Potncia: 500 a 50000kVA Rotao: 1800rpm (IV plos) Tenso: 220 a 13800V 50 e 60Hz

D Elicos So geradores acionados por turbinas a vento. Potncia: at 1500kVA Rotao, tenso e frequncia sob consulta

1.2 . N O ES DE A PLIC A E SGeradores sncronos so mquinas destinadas a transformar energia mecnica em energia eltrica. Toda a energia consumida nas indstrias, residncias, cidades, etc..., so proveniente destes geradores. A WEG MQUINAS fabrica geradores para as seguintes 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;4


2. NOES FUNDAMENTAIS2.1 . PRI NC PI O DE F U NCI ON A MEN TOA caracterstica principal de um gerador eltrico transformar energia mecnica em eltrica. Para facilitar o estudo do princpio de funcionamento, vamos considerar inicialmente uma espira imersa em um campo magntico produzido por um m permanente (Fig.2.1.1). O princpio bsico de funcionamento est baseado no movimento relativo entre uma espira e um campo magntico. Os terminais da espira so conectados a dois anis, que esto ligados ao circuito externo atravs de escovas. Este tipo de gerador denominado de armadura giratria.

tem um carter complexo e depende da forma da sapata polar. Com um desenho conveniente da sapata poderemos obter uma distribuio senoidal de indues. Neste caso, a f.e.m. induzida no condutor tambm varia com o tempo sob uma lei senoidal. A Fig. 2.1.2.a. mostra somente um lado da bobina no campo magntico, em 12 posies diferentes, estando cada posio separada uma da outra de 30. A Fig. 2.1.2.b. nos mostra as tenses correspondentes a cada uma das posies. J nos geradores de campo giratrio (Fig. 2.1.3) a tenso de armadura retirada diretamente do enrolamento de armadura (neste caso o estator) sem passar pelas escovas. A potncia de excitao destes geradores normalmente inferior a 5% da potncia nominal. Por este motivo, o tipo de armadura fixa (ou campo girante) o mais utilizado.

Fig. 2.1.1 - Esquema de funcionamento de um gerador elementar (armadura girante) Admitamos que a bobina gira com velocidade uniforme no sentido da flecha dentro do campo magntico "B" tambm uniforme (Fig.2.1.1). Se "v" a velocidade linear do condutor em relao ao 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 magntico l - comprimento de cada condutor v - velocidade linear Para N espiras teremos: e = B.l.v.sen(B^v).N A variao da f.e.m. no condutor em funo do tempo determinada pela lei da distribuio da induo magntica sob um plo. Esta distribuio

Fig. 2.1.2 a e b - Distribuio da Induo Magntica sob um Plo.

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

5


Para uma mquina de um par de plos, a cada giro das espiras teremos um ciclo completo da tenso gerada. Os enrolamentos podem ser construdos com um nmero maior de pares de plos, que se distribuiro alternadamente (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" a freqncia em ciclos por segundo (Hertz) teremos: f= p.n 120

Onde: f = freqncia (Hz) p = nmero de plos n = rotao sncrona (rpm) Note que o nmero de plos da mquina ter que ser sempre par, para formar os pares de plos. Na tabela 2.1.1 so mostradas, para as freqncias e polaridades usuais, as velocidades sncronas correspondentes. Nmero de plos 2 4 6 8 0 60 Hz 3600 1800 1200 900 720 50 Hz 3000 1500 1000 750 600

Fig. 2.2.1 SistemaTrifsico. A ligao dos trs sistemas monofsicos para se obter o sistema trifsico feita usualmente de duas maneiras, representadas nos esquemas seguintes. Nestes esquemas (Fig. 2.2.2 e 2.2.3) costuma-se representar as tenses com setas inclinadas, ou vetores girantes, mantendo entre si o ngulo correspondente defasagem (120o).

2.2.1. Ligaes no sistema trifsico a) Ligao tringulo: Chamamos "tenses/correntes de fase" as tenses e correntes de cada um dos trs sistemas monofsicos considerados, indicados por Vf e If. Se ligarmos os trs sistemas monofsicos entre si, como indica a figura 2.2.2.a, podemos eliminar trs fios, deixando apenas um em cada ponto de ligao, e o sistema trifsico ficar reduzido a trs fios U, V e W. A tenso entre dois quaisquer destes trs fios chama-se "tenso de linha" (Vl), que a tenso nominal do sistema trifsico. A corrente em qualquer um dos fios chama-se "corrente de linha" (Il). Examinando o esquema da figura 2.2.2.b, v-se que: 1) A cada carga aplicada a tenso de linha "Vl", que a prpria tenso do sistema monofsico correspondente, ou seja, Vl = Vf. 2) A corrente em cada fio de linha, ou corrente de linha "Il", a soma das correntes das duas fases ligadas a este fio, ou seja, Il = If1 + If3. Como as correntes esto defasadas entre si, a soma dever ser feita graficamente, como mostra a figura 2.2.2.c. Pode-se mostrar que Il = If x 3 = 1,732 x If.

Tabela 2.1.1 - Velocidades Sncronas.

2.2 . GE R A O D E CO R REN TE TRIF SI CAO sistema trifsico formado pela associao de trs sistemas monofsicos de tenses U1, U2 e U3, tais que a defasagem entre elas seja de 120 o (Fig.2.2.1.). O enrolamento desse tipo de gerador constitudo por trs conjuntos de bobinas dispostas simetricamente no espao, formando entre si tambm um ngulo de 120o . Para que o sistema seja equilibrado, isto , U1 = U2 = U3 o nmero de espiras de cada bobina tambm dever ser igual.

6


Fig. 2.2.2 - Ligao Tringulo. Exemplo: Temos um sistema trifsico equilibrado de tenso nominal 220V. A corrente de linha (Il) medida 10A. Ligando a este sistema uma carga trifsica composta de trs cargas 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 a um ponto comum aos trs, os trs fios restantes formam um sistema trifsico em estrela (Fig. 2.2.3.a) s vezes, o sistema trifsico em estrela "a quatro fios" ou "com neutro". O quarto fio ligado ao ponto comum s trs fases. A tenso de linha, ou tenso nominal do sistema trifsico, e a corrente de linha so definidos do mesmo 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 de linha (Il), a mesma corrente da fase qual o fio est ligado, ou seja, Il = If.

7


2) A tenso entre dois fios quaisquer do sistema trifsico a soma grfica das tenses das duas fases as quais esto ligados os fios considerados, ou seja, Vl = Vf x 3 = 1,732 x Vf. (Fig. 2.2.3.c). Exemplo: Temos uma carga trifsica composta de trs cargas iguais, cada carga feita para ser ligada a uma tenso de 220V, absorvendo, 5,77A. Qual a tenso nominal do sistema trifsico que alimenta 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 = 380V Il = If = 5,77A.

2.2.2. Tenso nominal mltipla A grande maioria dos geradores so fornecidos com terminais do enrolamento de armadura religveis, de modo a poderem fornecer duas tenses diferentes pelo menos. Os principais tipos de religao de terminais de geradores ou motores assncronos para funcionamento em mais de uma tenso so: a) Ligao srie-paralela: O enrolamento de cada fase dividido em duas partes (lembrar que o nmero de plos sempre par, de modo que este tipo de ligao sempre possvel). Ligando as duas metades em srie, cada metade ficar com a metade da tenso nominal de fase da mquina. Ligando as duas metades em paralelo, a mquina fornecer uma tenso igual metade da tenso anterior, sem que se altere a tenso aplicada a cada bobina. Veja os exemplos numricos da Fig. 2.2.4.

Fig. 2.2.4 - Tenso Nominal Mltipla.8


comum em geradores o fornecimento em trs tenses 220/380/440V. O procedimento nestes casos para se obter 380V ligar o gerador em 440V e ajustar a tenso terminal no potencimetro do regulador de tenso, de modo a se obter o valor desejado (reduo da induo magntica). Deste modo, poderemos obter trs tenses na ligao Y, que a mais comum em geradores. LIGAO TENSO DE LINHA CORRENTE DE LINHA POTNCIA TRIFSICA (VA) S = 3 x Vf x If S = 3 x Vl x Il

Vl = 3 x Vf Y Il = If Il = If x 3 Vl = Vf 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 a ligao estrela-tringulo. Nesta ligao, o enrolamento de cada fase tem as duas pontas trazidas para fora do motor. Se ligarmos as trs fases em tringulo cada fase receber a tenso da linha de alimentao, por exemplo 220V (Fig. 2.2.5.b). Se ligarmos as trs fases em estrela, o motor pode ser ligado a uma linha com tenso de alimentao igual a 220 x 3 = 380V sem alterar a tenso no enrolamento de cada fase, que continua igual a 220V (Fig.2.2.5.a). Este tipo de ligao exige 6 terminais acessveis na caixa de ligao do motor e serve para quaisquer tenses nominais duplas, desde que a segunda seja igual 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 mdia tenso, em que as normas so outras. Nos exemplos 380/660V e 440/760V, a maior tenso declarada serve somente para indicar que o motor pode ser religado em estrela-tringulo, pois no existem linhas nesses nveis de tenses.

Fig. 2.2.5 - Ligao Estrela-Tringulo.9


2.3 . CO M PO R TAME N TO DO GE R AD OR EM VA ZIO E SO B C AR GAEm vazio (com rotao constante), a tenso de armadura depende do fluxo magntico gerado pelos plos de excitao, ou ainda da corrente que circula pelo enrolamento de campo (rotor). Isto porque o estator no percorrido por corrente, portanto nula a reao da armadura, cujo efeito alterar o fluxo total. A relao entre tenso gerada e a corrente de excitao chamamos de caracterstica a vazio (Fig. 2.3.1), onde podemos observar o estado de saturao da mquina.

a) Carga puramente resistiva: Se o gerador alimenta um circuito puramente resistivo, gerado pela corrente de carga um campo magntico prprio. O campo magntico induzido produz dois plos (gerador bipolar Fig. 2.3.2.a) defasados de 90 em atraso em relao aos plos principais, e estes exercem sobre os plos induzidos uma fora contrria ao movimento, gastando-se potncia mecnica para se manter o rotor girando. O diagrama da fig. 2.3.2.b mostra a alterao do fluxo principal em vazio (o) em relao ao fluxo de reao da armadura (R). A alterao de o pequena, no produzindo uma variao muito grande em relao ao fluxo resultante . Devido a perda de tenso nos enrolamentos da armadura ser necessrio aumentar a corrente de excitao para manter a tenso nominal (fig. 2.3.5).

Fig. 2.3.1. Caracterstica a Vazio.

Em carga, a corrente que atravessa os condutores da armadura cria um campo magntico, causando alteraes na intensidade e distribuio do campo magntico principal. Esta alterao depende da corrente, do cos e das caractersticas da carga, como descrito a seguir:

Fig. 2.3.2 - Carga Puramente Resistiva.

10


b) Carga puramente indutiva: Neste caso, a corrente de carga (I)est defasada em 90 em atraso em relao a tenso (E), e o campo de reao da armadura (R) estar consequentemente na mesma direo do campo principal (o), mas em polaridade oposta. O efeito da carga indutiva desmagnetizante (fig. 2.3.3.a e 2.3.3.b). As cargas indutivas armazenam energia no seu campo indutor e a devolvem totalmente ao gerador, no exercendo nenhum conjugado frenante sobre o induzido (rotor). Neste caso, s ser necessrio energia mecnica para compensar as perdas. Devido ao efeito desmagnetizante ser necessrio um grande aumento da corrente de excitao para se 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 carga puramente capacitiva est defasada de 90, adiantada, em relao tenso (E). O campo de reao da armadura (R) consequentemente estar na mesma direo do campo principal () e com a mesma polaridade. O campo induzido, neste caso, tem um efeito magnetizante (fig. 2.3.4a e 2.3.4b). As cargas capacitivas armazenam energia em seu campo 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 ser necessrio reduzir a corrente de excitao para manter a tenso nominal (fig. 2.3.5).

11


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 com defasagem intermediria entre totalmente indutiva ou capacitiva e resistiva. Nestes casos o campo induzido pode ser decomposto em dois campos, um transversal e outro desmagnetizante (indutiva) ou magnetizante (capacitiva). Somente o campo transversal tem um efeito frenante, consumindo desta forma potncia mecnica da mquina acionante. O efeito magnetizante ou desmagnetizante compensado alterando-se a corrente de excitao.

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

2.4 . M Q UI NA S DE PLO S LIS OS E SALI EN TE SOs geradores sncronos so construdos com rotores de plos lisos ou salientes.

Fig. 2.4.1. - Rotor de plos lisos.

PLOS SALIENTES: So rotores que apresentam uma descontinuidade no entreferro ao longo da periferia do ncleo de ferro. Nestes casos, existem as chamadas regies interpolares, onde o entreferro muito grande, tornando visvel a salincia dos plos.12


Utilidade do conhecimento das reatncias Um circuito efetivo de rotor, no eixo direto, alm do enrolamento de campo principal, formado pelas barras amortecedoras. Considerando uma mquina operando inicialmente em vazio e um curto-circuito trifsico sbito aparecendo em seus terminais, na figura abaixo pode ser observada uma onda de corrente de estator em curto-circuito tal como pode ser obtida num osciloscpio (Fig. 2.5.2).

Fig. 2.4.2. - Rotor de plos salientes.

2.5 . RE A T NCI A SA anlise bsica do desempenho transitrio de mquinas sncronas muito facilitada por uma transformao linear de variveis, na qual as trs correntes de fase do estator ia, ib e ic so substitudas por trs componentes, a componente de eixo direto id, a componente de eixo em quadratura 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 direto e em quadratura o seguinte: A mquina de plos salientes tem uma direo preferencial de magnetizao determinada pela salincia dos plos de campo. A permencia ao longo do eixo polar ou direto, consideravelmente maior do que ao longo do eixo interpolar ou quadratura.

Fig. 2.5.2 - Corrente de Armadura Simtrica em Curto-Circuito em uma mquina sncrona. Reatncia subtransitria (Xd) o valor de reatncia da mquina correspondente a corrente que circula na armadura durante os primeiros ciclos, conforme pode ser visto na Fig. 2.5.2 (Perodo Subtransitrio). Seu valor pode ser obtido dividindo-se o valor da tenso da armadura antes da falta pela corrente no incio da falta, para carga aplicada repentinamente e freqncia nominal.

xd "=

E I

Onde: E = Valor eficaz da tenso fase-neutro nos terminais do gerador sncrono, antes do curtocircuito. I'' = Valor eficaz da corrente de curto-circuito do perodo sub-transitrio em regime permanente. Seu valor dado por:

I "=

I mx 2

Reatncia transitria (Xd) o valor de reatncia da mquina correspondente corrente que circula na armadura aps o perodo sub-transitrio do curto, perdurando por um nmero maior de ciclos (maior tempo).

Fig. 2.5.1. - Diagrama Esquemtico para uma Mquina Sncrona.

13


Seu valor pode ser obtido dividindo-se a tenso na armadura correspondente ao incio do perodo transitrio pela respectiva corrente, nas mesmas condies de carga.

2.6 . PO T NCI A EM M Q UIN A S DE PLO S S ALIE N TE SA potncia de uma mquina sncrona expressa por: P = m . Uf . If . cos Onde: m - Nmero de fases Uf - Tenso de fase If - Corrente de fase A potncia eltrica desenvolvida em mquinas de plos salientes tambm pode ser expressa em funo do ngulo de carga () que surge entre os fatores Uf (tenso de fase) e E0 (fora eletromotriz induzida), determinado pela posio angular do rotor em relao ao fluxo girante de estator (Fig. 2.6.1).

E xd ' = IOnde: E = Valor eficaz da tenso fase-neutro nos terminais do gerador sncrono, antes do curtocircuito. I'= Valor eficaz da corrente de curto-circuito do perodo transitrio considerado em regime permanente. Seu valor dado por:

I=

I mx 2

Reatncia sncrona (Xd) o valor da reatncia da mquina correspondente a corrente de regime permanente do curto-circuito, ou seja, aps o trmino do perodo transitrio do curto. Seu valor pode ser obtido pela tenso nos terminais da armadura ao final do perodo transitrio do curto dividido pela respectiva corrente.

xd =

E I

Onde: E = Valor eficaz da tenso fase-neutro nos terminais do gerador sncrono, antes do curtocircuito. I = Valor eficaz da corrente de curto-circuito em regime permanente. Seu valor dado por:

I I = m x RP 2A importncia do conhecimento destas reatncias est no fato de que a corrente no estator (armadura) aps a ocorrncia de uma falta (curtocircuito) nos terminais da mquina ter valores que dependem destas reatncias. Assim, pode ser conhecido o desempenho da mquina diante de uma falta e as conseqncias da originadas. O gerador sncrono o nico componente do sistema eltrico que apresenta trs reatncias distintas, cujos valores obedecem inequao: Xd"< Xd' < Xd

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

Fig. 2.6.1.b - Diagrama de Tenso - Gerador Sncrono de Plos Salientes. Onde: xd e xq so as reatncias de eixo direto e em quadratura, respectivamente: P = PD + PQ Pd = Uf . Id . sen Pq = Uf . Iq . cos

14


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. A distoro calculada foi de 2,04%. Na figura 2.7.1.b temos a forma de onda tomada entre fase-neutro. A distoro calculada foi de 15,71%. Fig 2.6.2 - Curva de potncia em mquinas sncronas. A potncia eletromagntica, que a potncia transmitida pelo rotor de um gerador ao estator, pode ser expressa por:

P=

m . E 0 .Uf m .Uf 2 1 1 sen + sen2 xd 2 xq xd Fig. 2.7.1.a - Forma de onda com 2,04% de distoro harmnica.

O PRIMEIRO TERMO DA EXPRESSO ANTERIOR A POTNCIA QUE DEPENDE DA TENSO TERMINAL DE FASE (UF) E DA EXCITAO DA MQUINA (E0 ) (FIG. 2.6.2).

Pe =

m . E 0 . Uf sen xd

O segundo termo da expresso adicional devido a diferena de relutncia do entreferro (xq e xd), a qual no depende da excitao da mquina (Fig. 2.6.2).

m .Uf 2 l 1 Pr = xq xd sen2 2 2.7 . DEFI NI ES2.7.1. Distoro harmnica O formato ideal da onda de tenso de uma fonte de energia CA senoidal. Qualquer onda de tenso que contenha certa distoro harmnica (fig. 2.7.1), pode ser apresentada como sendo equivalente soma da fundamental mais uma srie de tenses CA de amplitudes especficas relacionadas harmonicamente. A distoro pode ser definida para cada harmnica em relao a sua amplitude como um percentual da fundamental. A distoro harmnica total pode ser calculada utilizando-se a equao:m= m

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

2.7.2. Fator de desvio Desvios ou variaes do formato senoidal da onda podem ocorrer durante qualquer parte da onda: positivo, negativo ou durante o cruzamento por zero (Fig. 2.7.2).

Distoro=

m= 2

(Em )2 E115

Fig. 2.7.2 - Fator de Desvio.


A amplitude da variao (Fig. 2.7.3), expressa como um percentual do valor de pico de uma onda senoidal de referncia, o Fator de Desvio.

Fig. 2.7.4 - Transiente de Tenso.

2.7.7. Tolerncia de tenso Fig. 2.7.3 - Amplitude de Desvio. O fator de desvio pode ser calculado como: So desvios mximos aceitveis na tenso e geralmente expressos como percentuais da tenso nominal, por exemplo: + 5%: 105% da tenso nominal continuamente - 7,5%: 92,5% da tenso nominal continuamente

Fdev =

Desvio Vpico

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

2.7.4. Desequilbrio angular As tenses de um sistema trifsico so defasadas de 120. Se este defasamento for diferente de 120, o referido valor ser o desequilbrio.

2.7.5. Desbalanceamento de tenso Desbalanceamento de tenso a diferena entre as tenses de linha mais alta e mais baixa, e pode ser expresso 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: 204.67V Variao: 6V (2.9%)

2.7.6. Transiente de tenso So picos de tenso de curta durao que aparecem esporadicamente e podem atingir centenas de Volts (Fig.2.7.4).16


3. GERADORES WEGAtualmente a WEG MQUINAS produz duas linhas de mquinas sncronas: Linha G e Linha S. A linha G composta basicamente de mquinas padres (seriadas) e a linha S de mquinas especiais (engenheiradas, sob pedido).

Exemplo: G T A . 3 1 5 S I 3 1 Tipo de Refrigerao A F W I Aberto Autoventilado Trocador de calor ar-ar Trocador de calor ar-gua Ventilacao forada Independente Auto-Ventilador por Dutos Ventilao Forada por Dutos Ventilacao Forada com Trocador Ar-gua Ventilao Forada Aberto

Nomenclatura das mquinas sncronas WEG A nomenclatura das mquinas sncronas WEG composta de letras e nmeros conforme as tabelas abaixo: Exemplo: G T A . 3 1 5 S I 3 1 Tipo de Mquina G S Mquina Sncrona no Engenheirada Mquina Sncrona Engenheirada

D T L V

Exemplo: G T A . 3 1 5 S I 3 1 Carcaas 160 at 2500 Exemplo: G T A . 3 1 5 S I 3 1 Comprimento da Carcaa S, M, L, A, B, C, D, E ,F Exemplo: G T A . 3 1 5 S I 3 1 Aplicao I M N E Industrial Marinizado Naval Especial

Exemplo: G T A . 3 1 5 S I 3 1 Caracterstica T P S L D E F M N Q Gerador Brushless com Bobina auxiliar Gerador Brushless com Excitatriz auxiliar Gerador Brushless sem auxiliar Gerador com escovas Motor com escovas Motor Brushless sem Excitatriz auxiliar Motor Brushless com Excitatriz auxiliar Monofsico Brushless sem Excitatriz auxiliar Monofsico Brushless com Excitatriz auxiliar Monofsico Brushless com Bobina auxiliar

Exemplo: G T A . 3 1 5 S I 3 1/B I Cdigo do Pacote 00 at 99 ou letras

17


Geradores WEG linha G A linha G possui mquinas com carcaas a partir da 160 at 560, baixa ou alta tenso at 6600V, em 4, 6 ou 8 plos. So fabricados em chapas de ao calandradas, abertos-autoventilados (padres) ou fechados com trocador de calor ar-ar (especiais sob pedido), formas construtivas B15T, B35T ou B3T e mancais de rolamentos lubrificados a graxa. So acionadas geralmente por motores diesel ou gs. A linha G tem como principais caractersticas:

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 do prprio gerador ou fonte externa; Formas construtivas horizontais ou verticais; Diferentes tipos de Refrigerao.

-

-

Excitao Brushless (sem escovas); Alimentao independente do regulador de tenso atravs de Bobina Auxiliar (padro) ou excitatriz auxiliar PMG (sob pedido) Passo de bobinagem 2/3, baixa distoro harmnica e baixa reatncia subtransitria, sendo apto a alimentar cargas deformantes com componentes de 3a harmnica altas; Excitatriz com ims permanentes, facilitando assim o escorvamento sob qualquer condio; Facilidade de manuteno da corrente de curtocircuito (devido a presena de bobina auxiliar para alimentao do regulador de tenso); Mancal nico ou duplo e montagem horizontal; Facilidade de manuteno, proporcionada pela robustez das mquinas, acesso facilitado aos diodos e regulador de tenso; Regulador de tenso encapsulado, com fusvel de proteo incorporado, montado na caixa de ligaes.

3.1 . N OR MA S A PL IC VEI SAs mquinas sncronas WEG so projetadas, fabricadas e testadas segundo as normas ABNT, IEC e DIN, onde aplicveis. Especificamente podemos citar: VDE 0530 - Mquinas Eltricas Girantes (Especificao e Caractersticas de Ensaio); NBR 5117 - Mquinas Sncronas (Especificao); NBR 5052 - Mquinas Sncronas (Mtodo de Ensaio).

-

-

-

-

-

3.2 . GE R AD OR ES C OM E XCI TA O PO R ESC OV ASNestes geradores o campo no rotor alimentado em corrente contnua atravs das escovas e anis coletores e a tenso alternada de sada, para alimentao das cargas, retirada do estator (armadura) (Fig. 3.2.1). Neste sistema normalmente o campo alimentado por uma excitatriz chamada de excitatriz esttica. A tenso de sada do gerador mantida constante dentro de suas caractersticas nominais atravs do regulador de tenso, que verifica constantemente a tenso de sada e atua na excitatriz esttica. Quando acionado na rotao nominal e com a excitatriz desconectada do rotor, o processo de escorvamento inicia-se pela pequena tenso residual do gerador. Nas mquinas sncronas WEG este sistema de excitao disponvel para a Linha S (modelos SL ou SD).

-

Geradores WEG linha S A linha S atende aplicaes mais especficas e composta de geradores e motores sncronos especiais e engenheirados (sob pedido), com carcaas a partir da 355 at 2500, em baixa ou alta tenso at 13800V, com 4 plos ou acima. So fabricados em chapas de ao soldadas, abertosautoventilados ou fechados com trocador de calor ar-ar ou ar-gua, formas construtivas B3, D5, D6 ou V1 e mancais de rolamentos lubrificados a graxa ou leo e deslizamento a leo. So acionados geralmente por turbinas hidrulicas, a vapor ou elicas.

18


Algumas vantagens e desvantagens desse tipo de excitao: VANTAGENS: Menor tempo de resposta na recuperao de tenso (aplicao direta de corrente contnua no rotor). DESVANTAGENS: Exige manuteno peridica no conjunto escovas e porta escovas. No aconselhvel a utilizao em cargas sensveis e de telecomunicaes, devido a possibilidade de gerar rdio interferncia em funo do contato das escovas e anis (possvel faiscamento). Por isso tambm no pode ser utilizado em atmosferas explosivas.

3.3 . GE R AD OR ES C OM E XCI TA O SEM ESC OV AS ( B R US HLES S)Nesses geradores a corrente contnua para alimentao do campo obtida sem a utilizao de escovas e anis coletores, utilizando somente induo magntica. Para isso o gerador possui um componente chamado excitatriz principal, com armadura girante e campo fixo. A armadura dessa excitatriz 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 em corrente contnua. Este conjunto de diodos recebe tenso alternada do rotor da excitatriz principal (armadura da excitatriz), tenso esta induzida pelo estator da excitatriz principal (campo da excitatriz), que alimentado em corrente contnua proveniente do regulador de tenso. Um esquema dos componentes montados no rotor de uma mquina com excitao brushless encontrase na Figura 3.3.1. O regulador de tenso monitora constantemente a tenso de sada do gerador e atua no estator da excitatriz. Com isso mantm a tenso de sada do gerador constante. A tenso alternada de sada do gerador, para alimentao das cargas, retirada do seu estator principal (armadura) (Fig. 3.3.2 a e b).

fonte de potncia independente para o regulador de tenso, no sujeita aos efeitos que acontecem no estator principal da mquina. O regulador recebe tenso alternada dessa fonte e alimenta o campo da excitatriz principal com tenso retificada e regulada. Em condies normais de operao, na bobina auxiliar produzida uma tenso monofsica de freqncia nominal do gerador, sofrendo pequenas distores na forma de onda dependendo do tipo de carga (resistiva, indutiva ou capacitiva). Em situaes de curto-circuito, produzida uma tenso monofsica de terceira harmnica que continua alimentando o regulador de tenso independentemente e mantm o curto-circuito. Nas mquinas sncronas WEG essa configurao de excitao padro para a Linha G em baixa tenso (modelos GT, vide Figura 3.3.2.a); - Alimentao atravs de excitatriz auxiliar a ims permanentes (ou PMG - Permanent Magnets Generator), 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 compartimento separado do estator principal da mquina (Linha S). A excitatriz auxiliar tambm funciona como uma fonte de potncia independente para o regulador de tenso. O regulador recebe a tenso trifsica alternada gerada no estator da excitatriz auxiliar (armadura da excitatriz auxiliar), retifica, regula e aplica-a no estator da excitatriz principal do gerador (campo da excitatriz principal). Nas mquinas sncronas WEG essa configurao de excitao disponvel mediante pedido para a Linha G (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 prprio enrolamento de armadura da mquina, atravs de taps (para baixa tenso) ou via TPs (para alta tenso), ou ainda, alimentao externa em locais onde h presena de rede. O regulador de tenso recebe tenso alternada de uma dessas fontes, retifica, regula e aplica-a no estator da excitatriz principal do gerador (campo da excitatriz principal). Nos geradores WEG essa configurao de excitao disponvel para os geradores da Linha S (modelos SS e SE).

Nos geradores brushless, a potncia para a excitao (alimentao do regulador de tenso) pode ser obtida de diferentes maneiras, as quais definem o tipo de excitao da mquina. Esses tipos de excitao so: - Alimentao atravs de bobina auxiliar, um conjunto auxiliar de bobinas, independente, alojado em algumas ranhuras do estator principal da mquina (armadura principal). Funciona como uma19


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.20


Regulador tenso

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

3.4 . GE R AD OR ES C OM E XCI TA O SEM ESC OV AS PAR A A PLIC A ES E S PECI AISTELECOMUNICAES - Os geradores para Telecomunicaes devem ser especificados conforme a norma ABNT NBR 14664. As aplicaes mais comuns so grupos diesel de emergncia para centrais telefnicas, estaes base de 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 na regulao, pois o regulador alimentado por bobina auxiliar, independente da tenso de sada do gerador. Principais caractersticas tcnicas especificadas pela ABNT NBR 14664 (Grupos geradores Requisitos gerais para telecomunicaes): - 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 deformante com fator de potncia entre 0,8 e 1,0; - Transitrio de tenso para degrau de 100% da carga: +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 de potencimetro: +/- 15%; Deve possuir resistor de desumidificao.

NAVAL - Os geradores para uso naval so projetados e fabricados para atender parmetros e caractersticas tcnicas de acordo com as entidades classificadoras e normas afins (ABS, DNV, Lloyds, Bureau Veritas, Rina, GL, PRS, CGSS, USSR). Devem possuir certificao individual emitida por uma dessas entidades. MARINIZADO - Os geradores marinizados so projetados e fabricados para atender parmetros e caractersticas tcnicas para aplicaes em ambientes martimos ou agressivos, entretanto, no obedecem a entidades classificadoras navais. Os geradores possuem protees internas e externas adicionais e no possuem certificao.

3.5 . MO TO RES SN CR O NO SOs motores sncronos caracterizam-se, quanto dinmica de funcionamento, por terem a mesma velocidade de rotao do campo girante da armadura em regime permanente. Portanto, no possuem escorregamento e assim no possuem conjugado de partida. Deste modo, tais motores necessitam de um mtodo de partida. O mtodo mais comum consiste em partir o motor sncrono como se este fosse um motor assncrono de gaiola e depois excit-lo, alimentando o enrolamento de campo com corrente contnua, a fim de sincroniz-lo.

21


A alimentao do campo principal com corrente contnua pode ser feita diretamente atravs de escovas 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 alumnio nas sapatas polares, que so curto-circuitadas nas extremidades por meio de anis, formando uma gaiola como se fosse a de um motor de induo assncrono. A fig. 3.5.1.a mostra o perfil de chapa rotrica para um motor sncrono quatro plos, onde localizam-se as barras e a regio onde so curto-circuitadas nas sapatas polares. A gaiola de partida tambm chamada de enrolamento amortecedor, pois alm de fornecer o conjugado de partida, amortece oscilaes causadas pelas variaes de carga, estabilizando a rotao 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 o enrolamento de campo com o objetivo de evitar a induo de tenses muito altas em suas espiras, o que provocaria a perfurao do isolamento. Conecta-se a armadura a uma rede de tenso alternada, quando manifesta-se ento o conjugado de motor assncrono. O rotor acelera at prximo velocidade sncrona, sem contudo ating-la. Quando a velocidade do rotor cerca de 95% da velocidade sncrona, o enrolamento de campo alimentado com corrente contnua. O campo magntico criado pelo enrolamento de campo entrelaa-se com o campo magntico girante da armadura, manifestando o conjugado de sincronismo e fazendo com que o rotor acompanhe o campo girante de armadura (estator), movimentando-se velocidade sncrona. Este fenmeno transitrio chamado "sincronizao". Uma das aplicaes para os motores sncronos a utilizao como compensadores sncronos para correo do fator de potncia nas instalaes onde esto conectados. A vantagem a facilidade no ajuste e a possibilidade da manuteno contnua do valor do fator de potncia pr-ajustado. O motor sncrono, ao mesmo tempo em que aciona uma carga no eixo (mecnica), pode funcionar como compensador sncrono. A partir de um certo tamanho e potncia, e em aplicaes especficas, o motor sncrono operando com fator de potncia unitrio pode ser uma vantagem em relao ao assncrono devido apresentar maior rendimento. Com fator de potncia unitrio a parcela de potncia reativa inexistente e com isso a corrente menor. Sendo a corrente menor e circulando nos enrolamentos, as perdas so menores.22

Fig. 3.5.1.a - Perfil da Chapa do Campo. A figura 3.5.1.b mostra um diagrama esquemtico de um motor sncrono brushless, destacando os componentes fixos (montados na carcaa) e os girantes (montados no rotor). Na seqncia apresentamos um item referente ao sistema de excitao brushless com descrio do seu funcionamento.

1 2 3 4 5 6 7

-

Regulador de Excitao Fixo Estator da mquina principal (armadura) - Fixo Rotor da mquina principal (campo) - Girante Estator da excitatriz - Fixo Rotor da excitatriz - Girante Circuito retificador - Girante Circuito de chaveamento de campo - Girante

Fig. 3.5.1.b - Diagrama Esquemtico para Motor Sncrono Brushless.


Sistema de excitao sem (brushless) para motor sncrono Este sistema de principalmente de: - Excitatriz principal; - Enrolamento de campo; - Circuito de chaveamento de campo. excitao

escovas

3.6 . RE GUL AD OR DE TEN S OO regulador de tenso eletrnico e automtico. Tem por finalidade monitorar a tenso terminal da mquina e mant-la constante no valor ajustado, independente das variaes da carga. Ele retifica uma tenso trifsica proveniente da bobina auxiliar, da excitatriz auxiliar, de TAP's da armadura da mquina principal ou at da rede, levando-a atravs de um transistor de potncia ao enrolamento de campo da excitatriz principal. Possui tambm circuitos ajustes e protees para assegurar um controle confivel do gerador.

constitudo

A excitatriz principal um gerador de corrente trifsica de plos salientes que acomodam as bobinas do campo de excitao, as quais so ligadas em srie. O rotor da excitatriz principal laminado, e suas ranhuras abrigam um enrolamento trifsico ligado em estrela. O ponto comum desta ligao estrela inacessvel. De cada ponto da ligao estrela saem dois fios para os retificadores girantes, assentados sobre dois suportes dissipadores. O enrolamento de campo montado sobre o rotor da mquina principal, com as bobinas enroladas sobre os plos de excitao. O estator da mquina principal alimentado por uma tenso trifsica proveniente da rede eltrica, que tambm alimenta o regulador de excitao (ou regulador de fator de potncia), o qual alimenta o estator 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 no rotor da mquina principal e isto faz com que o circuito de chaveamento de campo atue, chaveando os tiristores montados no rotor, fazendo com que o enrolamento de campo seja curto-circuitado. Quando a rotao chega em aproximadamente 95% da nominal a tenso induzida no rotor principal da mquina (enrolamento de campo) bastante baixa. Ento o circuito de chaveamento de campo faz com que os tiristores deixem de conduzir e o enrolamento de campo passa a receber a tenso retificada proveniente do rotor da excitatriz. Vantagens deste sistema: No utiliza escovas e porta-escovas; No introduz rdio-interferncia pelo mau contato das escovas; Manuteno reduzida, solicitando apenas na lubrificao dos mancais. cuidados

3.7 . TE M PO DE RE GUL A GE M DA TE N S O (TEM PO DE RE S POS TA)Como tempo de regulagem entende-se o tempo transcorrido desde o incio de uma queda de tenso at o momento em que a tenso volta ao intervalo de tolerncia estacionria (por exemplo + 0,5%) e permanece 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 de inmeros fatores. Portanto s pode ser indicado aproximadamente. A fig. 3.7.2 d uma indicao aproximada sobre os tempos de regulagem a serem considerados, e valem para os degraus de cargas nominais. Em condies diferentes da acima, os tempos podem ser calculados proporcionalmente queda de tenso.

-

23


Fig. 3.7.2 - Tempo de Regulagem de Tenso.

24


4. CARACTERSTICAS DO AMBIENTEEntre outros, dois fatores principais influenciam diretamente na determinao da potncia admissvel: a) Temperatura do meio refrigerante onde o gerador instalado. b) Altitude onde o gerador instalado. Na maioria dos casos, o ar ambiente possui temperatura no superior a 40C, isento de elementos prejudiciais e a altitude de at 1000m acima do nvel do mar. At estes valores de altitude e temperatura ambiente considera-se condies normais de operao, sem sobre-aquecimento da mquina.

4.3 . DE TER MI NA O D A PO T NCI A TIL DO GE RA DO R N AS DIVE RS A S CO NDI E S DE TEM PE R A TUR A E AL TI TUDEAssociando os efeitos da variao da temperatura e da altitude capacidade de dissipao, a potncia do gerador pode ser obtida multiplicando-se a potncia til pelo fator de multiplicao encontrado nas curvas da fig.4.3.1.

4.1 . AL TI TUD EUm gerador operando em altitude acima de 1000m sem ter sido especificado para tal apresentar aquecimento, causado pela rarefao do ar e, conseqentemente, diminuio do seu poder de arrefecimento. A insuficiente troca de calor entre o gerador e o ar circundante leva exigncia de reduo de perdas, o que significa tambm reduo de potncia. O aquecimento das mquinas diretamente proporcional s perdas e estas variam aproximadamente numa razo quadrtica com a potncia.

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

4.4 . A TM O SFE RA AM BIE N TE4.4.1. Ambientes agressivos Ambientes agressivos tais como, estaleiros, instalaes porturias, indstria de pescado e mltiplas aplicaes navais, indstrias qumicas e petroqumicas, exigem que os equipamentos que neles trabalham sejam adequados para suportar a agressividade desses ambiente com elevada confiabilidade. Para aplicao de geradores nesses tipos de ambientes a WEG dever ser consultada. Nos casos de geradores para uso naval, as mquinas devem apresentar caractersticas especiais de acordo com as exigncias de construo, inspeo e ensaios estabelecidos nas normas das sociedades classificadoras 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.

4.2 . TE M PE RA TU R A A MBIE N TEEm geradores que trabalham constantemente em temperaturas ambientes superiores a 40C sem terem sido projetados para essa condio, o enrolamento pode atingir temperaturas prejudiciais isolao, reduzindo sua vida til. Este fato deve ser compensado por um projeto especial do gerador, usando materiais isolantes especiais ou pela reduo da potncia nominal do mesmo. Geradores que operam em temperaturas inferiores a - 20C e no especificados para esta condio podem apresentar os seguintes problemas: - Excessiva condensao, exigindo drenagem adicional ou instalao de resistncia de aquecimento, caso o gerador fique longos perodos parado; - Formao de gelo nos mancais, provocando endurecimento das graxas ou lubrificantes dos mancais, exigindo o emprego de lubrificantes especiais ou graxas anti-congelantes.

25


TEMPERATURAS AMBIENTES E SOBRECARGAS CONFORME ENTIDADES CLASSIFICADORAS E NORMAS NAVAIS

NORMA

TEMPERATURA AMBIENTE C 40 45 50 40 45 50 45 50 50 45

SOBRECARGA ADMISSVEL SEM AQUECIMENTO PREJUDICIAL % 50 50 50 50 (com cos =0,8) 50 15% (com cos =0,6) 50 50 50 TEMPO 15seg 2min 15seg 15seg 2min 2min 15seg 15seg 2min

VDE 0530 Germanischer Lloyd IEC Lloyds Register ABS DNV BV RINA Seeregister de UdSSR

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

4.5 . GR A US DE PRO TE OOs invlucros dos equipamentos eltricos, conforme as caractersticas do local em que sero instaladas e de sua acessibilidade, devem oferecer um determinado grau de proteo. Assim, por exemplo, um equipamento a ser instalado num local sujeito a jatos de gua deve possuir um invlucro capaz de suportar tais jatos, sob determinados valores de presso e ngulo de incidncia, sem que haja penetrao de gua.

4.5.1. Cdigo de identificao As normas IEC 60034-5 e ABNT-NBR 6146 definem os graus de proteo dos equipamentos eltricos por meio das letras caractersticas IP seguidas por dois algarismos. 1 Algarismo: Indica o grau de proteo contra penetrao de corpos slidos estranhos na mquina e contato acidental. 0 - sem proteo 1 proteo contra penetrao de corpos slidos estranhos de dimenses acima de 50mm. 2 - idem, acima de 12mm. 4 - idem, acima de 1mm. 5 - proteo contra acmulo de poeiras prejudiciais mquina.26

2 Algarismo: Indica o grau de proteo contra penetrao de gua no interior da mquina. 0 - sem proteo. 1 - proteo contra penetrao de pingos de gua na vertical. 2 - pingos de gua at a inclinao de 15 com a vertical. 3 - gua de chuva at a inclinao de 60 com a vertical. 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 os algarismos indicativos do grau de proteo, indica que a mquina protegida contra intempries. Exemplo: IPW55 As combinaes entre os dois algarismos, isto , entre os dois critrios de proteo, esto resumidos na tabela 4.5.1. De acordo com a norma, a qualificao da mquina em cada grau de proteo, no que refere-se a cada um dos algarismos, bem definida atravs de ensaios padronizados.


1 ALGARISMO GERADOR CLASSE DE PROTEO PROTEO CONTRA CONTATO NO TEM NO TEM TOQUE ACIDENTAL COM A MO PROTEO CONTRA PENETRAO DE CORPOS SLIDOS ESTRANHOS NO TEM NO TEM DE DIMENSES ACIMA DE 50mm.

2 ALGARISMO PROTEO CONTRA PENETRAO DE GUA NO TEM PINGOS DE GUA AT UMA INCLINAO DE 15 COM A VERTICAL PINGOS DE GUA NA VERTICAL PINGOS DE GUA AT UMA INCLINAO DE 15 COM A VERTICAL GUA DE CHUVA AT UMA INCLINAO DE 60 COM A VERTICAL.

IP00 IP02 IP11 IP12

A B E

IP13 R T O IP21 IP22 TOQUE COM OS DEDOS DE DIMENSES ACIMA DE 12mm.

PINGOS DE GUA NA VERTICAL PINGOS DE GUA AT UMA INCLINAO DE 15COM A VERTICAL GUA DE CHUVA AT UMA INCLINAO DE 60COM A VERTICAL RESPINGOS DE TODAS AS DIREES RESPINGOS DE TODAS AS DIREES

IP23 IP44 F E C H A D O IP54 TOQUE COM FERRAMENTAS PROTEO COMPLETA CONTRA TOQUE CORPOS ESTRANHOS SLIDOS ACIMA DE 1mm PROTEO CONTRA ACMULO DE POEIRAS NOCIVAS

IP55

JATOS DE GUA DE TODAS AS DIREES

Tabela 4.5.1 - Grau de Proteo.

4.5.2. Tipos usuais Embora os algarismos indicativos do grau de proteo possam ser combinados de muitas maneiras, somente alguns tipos de proteo so empregados nos casos normais. So eles IP21 e IP23 (para geradores abertos). Para aplicaes especiais mais rigorosas, so comuns tambm os graus de proteo IP54 (ambientes muito empoeirados) e IP55 (casos em que os equipamentos so lavados periodicamente com mangueiras, como em fbricas de papel).

4.6 . LI MI TE S DE R U DOAs normas definem limites mximos de nvel de potncia sonora para as mquinas. A tabela 4.6.1 indica os limites mximos de nvel de potncia sonora em mquinas eltricas girantes transmitidos atravs do ar, em decibis, na escala de ponderao A - dB(A) -conforme Normas IEC 60034-9 e ABNT-NBR 7565.

27


Graus de Proteo Velocidade Nominal (rpm) Potncia Nominal da Mquina kW ou kVA 1 < P 1,1 1,1 < P 2,2 2,2 < P 5,5 5,5 < P 11 11 < P 22 22 < P 37 37 < P 55 55 < P 110 110 < P 220 220 < P 550 550 < P 1100 1100 < P 2200 2200 < P 5500

IP22 IP23

IP44 IP55

IP22 IP23

IP44 IP55

IP22 IP23

IP44 IP55

IP22 IP23

IP44 IP55

IP22 IP23

IP44 IP55

IP22 IP23

IP44 IP55

n 960

960 < n

weg caracteristicas e especificacoes de geradores

Documents