Curva de Capacidade de Geradores Síncronos

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

Escola de Engenharia

Departamento de Engenharia Elétrica

ENG04408 – Conversão Eletromecânica de Energia II

Curva de Capacidade de Geradores

CRISTIAN LOPES

Porto Alegre, setembro de 2016

1. INTRODUÇÃO

        

O presente trabalho apresenta uma breve discussão sobre o que é e como obter a curva de capacidade de um gerador síncrono. A curva de capacidade de um gerador apresenta os limites de operação da máquina. Esses limites são devidos principalmente ao aquecimento do enrolamento de armadura e do enrolamento de campo. Então, a curva de capacidade se apresenta como uma ferramenta importante para planejadores de sistemas de potência. Principalmente, quando se quer analisar se modificações de carga em um sistema podem comprometer o funcionamento do gerador. Dessa forma, o estudo do significado de cada limite da curva de capacidade, assim como a obtenção dos mesmos é de extrema importância quando se trabalha com um gerador síncrono.

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1. CURVA DE CAPACIDADE DE UM GERADOR SÍNCRONO

A curva de capacidade de um gerador síncrono define os limites de operação do gerador por meio da potência ativa e reativa máximas de acordo com o fator de potência da carga. Esses limites são definidos pelo:

• Limite de aquecimento da armadura;
• Limite de aquecimento do enrolamento de campo;
• Limite de estabilidade estático;
• Limite de potência da máquina primária.

A curva de capacidade de um gerador é apresentada em um gráfico contendo a potência ativa em um eixo e a potência reativa no outro. Nesse gráfico, um círculo centrado em zero representa o limite de aquecimento da armadura, outro círculo centrado em  representa o limite de aquecimento do enrolamento de campo, uma linha perpendicular ao eixo da potência reativa representa o limite de estabilidade e uma última linha perpendicular ao eixo da potência ativa representa o limite de potência da máquina primária.[pic 1]

1. Obtenção da curva de capacidade de um gerador

Para a obtenção da curva de capacidade do gerador define-se, primeiramente, o círculo referente ao limite de aquecimento do enrolamento de armadura da máquina. A potência aparente do gerador síncrono é definida por:

[pic 2]

(1)

Mantendo a potência aparente constante, essa equação corresponde ao círculo com raio  centrado na origem no gráfico de potência reativa por potência ativa. Esse círculo representa situações com diferente fator de potência de carga, sendo o semicírculo da parte positiva da potência ativa representando a atuação como gerador. Esse semicírculo é apresentado na Figura 1.[pic 3]

[pic 4]

Figura 1 - Limite do aquecimento da armadura

Em seguida, define-se o círculo referente ao limite do aquecimento do campo. Da definição da potência aparente, tem-se:

[pic 5]

(2)

Do equacionamento do enrolamento de armadura, considerando , tem-se:[pic 6]

[pic 7]

(3)

Isolando  em (3) e inserido o resultado em (2) e ainda pegando o módulo da equação resultante, obtém-se:[pic 8]

[pic 9]

(4)

Essa equação corresponde ao círculo com raio  centrado em . Ele representa o limite do aquecimento do enrolamento de campo. A Figura 2 apresenta o gráfico com os dois círculos limitantes do aquecimento de armadura e do aquecimento do enrolamento de campo.[pic 10][pic 11]