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Os geradores síncronos CA são a espinha dorsal da geração de eletricidade em usinas de energia em todo o mundo e são frequentemente usados para estabilizar a rede elétrica. É essencial combinar as sequências de fases, magnitudes de tensão e frequências do gerador síncrono com as da potência na rede. Se o gerador estiver fora de fase com a rede, o gerador não poderá fornecer energia. Embora os sincronizadores automáticos sejam usados em grandes usinas de energia, um método simples de sincronização manual é demonstrado aqui. Este vídeo apresentará geradores síncronos trifásicos e demonstrará protocolos para ajustar as saídas de tensão e frequência para sincronização manual do gerador com a rede elétrica.
As máquinas síncronas AC consistem em núcleo rotativo interno, o rotor, e o anel estacionário externo, o estator. O campo magnético do rotor é estacionário induzido por uma tensão CC aplicada. O campo magnético do estator é excitado usando corrente alternada trifásica, cada fase conectada ao seu próprio conjunto separado de bobinas do estator. Isso induz um campo magnético rotativo de magnitude constante e frequência rotacional correspondente a oscilações na corrente da linha de alimentação. Os campos magnéticos do estator e do rotor são acoplados, fazendo com que o rotor gire exatamente na mesma velocidade que o campo magnético rotativo do estator. Para obter mais informações sobre as características das máquinas síncronas CA, assista ao vídeo de educação científica do JOVE, Caracterização de máquinas síncronas CA. Quando a máquina síncrona é operada como um gerador de energia, um motor principal aplica torque ao rotor, resultando em uma diferença de flexibilidade entre o rotor e os campos magnéticos do estator. Se o torque aplicado se opuser ao movimento do rotor, a máquina absorve a energia reativa do sistema para trazer a máquina de volta à sincronização. Se o torque aplicado aumentar a rotação, superexcitando a máquina, o gerador fornece energia ao sistema. Um método de três lâmpadas pode ser usado para fornecer confirmação visual de que o gerador está fornecendo energia na mesma magnitude de tensão, frequência e sequência de fases da rede elétrica. Para geradores síncronos, a frequência é controlada através da variação da velocidade do motor principal. Se a energia do gerador e do sistema estiver fora de fase, as lâmpadas piscam. Quando a tensão é correspondente, um diferencial zero faz com que todas as três lâmpadas se apaguem e acendam ao mesmo tempo. Agora que os princípios básicos dos geradores síncronos foram explicados, a sincronização manual de um gerador síncrono CA com a rede elétrica será demonstrada.
Comece inicializando um motor CC ou dinamômetro como o motor principal. Verifique se a seccionadora trifásica, o motor síncrono e o motor CC estão todos desligados. Com o Variac definido como 0%, conecte-o à tomada trifásica. Em seguida, conecte a configuração conforme mostrado. Em seguida, ligue o interruptor trifásico na máquina síncrona. Por fim, certifique-se de que S1 e as três lâmpadas estejam conectadas em paralelo. E observe as polaridades das sondas do medidor de energia digital. Em seguida, verifique se a execução inicial muda na posição inicial. Com o S1 desligado, defina o RF para sua resistência máxima. Ligue a chave de desconexão trifásica e, em seguida, ligue a fonte de alimentação CC de alta tensão. Em seguida, pressione o botão de exibição VI na fonte de alimentação para exibir o volume operacionaltage na corrente e ajuste o voltage para 15 volts. Em seguida, pressione START no painel de alimentação DC. O dinamômetro deve ter uma grande corrente transitória extraída da alimentação CC. No entanto, se o limite de sobrecorrente ou a luz OCT acender, aumente o limite de sobrecorrente. Agora observe a máquina síncrona girando lentamente. Finalmente, aumente a tensão de saída de alimentação CC para cerca de 160 volts e meça a velocidade de rotação do eixo usando a técnica de luz estroboscópica. Em seguida, ajuste a tensão de alimentação para atingir a velocidade de rotação de 1.800 RPM. Em seguida, registre a corrente e a tensão DC.
Agora sincronize o gerador usando o método de três lâmpadas com o aparelho totalmente montado, conforme mostrado. Alterne o interruptor de partida no lado da máquina síncrona para funcionar e verifique se as três lâmpadas estão acesas. Em seguida, ajuste a RF na tensão de alimentação iterativamente para atingir uma tensão do gerador de 120 volts. Ajuste a frequência do VG no medidor de potência digital para 60 Hz. Valores dentro de +/- 2% são aceitáveis. Em seguida, aumente ligeiramente a saída Variac para 120 volts. Nesta fase, a rede e o gerador estão fornecendo 120 volts a uma frequência de 60 Hz. Registre as leituras de tensão, corrente e potência em ambos os medidores de energia, incluindo sinais + ou -. Por fim, use o padrão de iluminação das lâmpadas para confirmar ou ajustar a sincronização. No método de três lâmpadas, uma vez que a tensão CA desejada é alcançada, as lâmpadas acendem e desligam ao mesmo tempo. Se uma sequência de fases de A, B, C da grade for atendida com a sequência A, C, B da máquina, o ciclo das lâmpadas à medida que as tensões nas lâmpadas nunca somam zero em todas as três fases ao mesmo tempo. Se as três lâmpadas circularem e piscarem fora de sincronia, o gerador e a grade terão sequências de fases diferentes no conjunto de lâmpadas. Identifique as sequências. Um como ABC e outro como ACB. Em seguida, para ajustar a sequência, primeiro gire o Variac de volta para 0% e pressione STOP no painel da fonte de alimentação. Depois de reduzir a tensão CC de volta para 15 volts, finalmente alterne as fases B e C no lado do gerador. Se as três lâmpadas estiverem todas claras e escurecidas simultaneamente, o gerador e a grade terão a mesma sequência de fases e serão sincronizados corretamente. Caso contrário, repita a modificação da sequência de fases No instante em que todas as luzes se apagarem, ligue o interruptor S1. Agora, as luzes devem permanecer apagadas, já que o S1 agora está agindo como um curto-circuito em seus terminais. O gerador é posteriormente sincronizado com a rede.
As máquinas síncronas são frequentemente usadas em aplicações industriais para estabilizar a energia. O fator de potência da máquina demonstra se a máquina pode fornecer energia reativa sob certas condições. Armazenamento e liberação de energia para estabilizar a rede. Ao funcionar dessa maneira, a máquina é denominada Condensador Síncrono. No uso do vento como fonte de energia renovável, a turbina eólica é o principal motor do gerador síncrono. Para evitar que o gerador pare em altas cargas, os ângulos das pás do rotor da turbina são controlados diferencialmente para otimizar a taxa de rotação em velocidades variáveis do vento. Para transmitir a energia eólica gerada para a rede, as turbinas eólicas usam uma interface sincronizadora automática para transmitir energia com segurança para as linhas de serviços públicos.
Você acabou de assistir à introdução do JOVE à sincronização de máquinas síncronas CA. Agora você deve entender como ajustar as saídas de tensão e frequência de geradores síncronos trifásicos. Sincronize manualmente o gerador com a rede elétrica e meça os efeitos da corrente de campo e das variações de velocidade na saída de potência do gerador. Obrigado por assistir!
