SEL 329 CONVERSO ELETROMEC NICA DE ENERGIA Aula

SEL 329 – CONVERSÃO ELETROMEC NICA DE ENERGIA Aula 21 Gerador de Indução

Tópicos abordados 1. Introdução: Geração por Energias Renováveis: Presente, Passado e Futuro 2. Curva Velocidade x Torque do Gerador de Indução (GI) Trifásico 3. Operação do GI operando em forma isolada 4. Operação do GI ligado a um grande sistema (rede)

Geração por Energias Renováveis: Presente, Passado e Futuro. . .

Uso de Geradores Eólicos Globo, 2019: Fontes renovaveis tiveram papel importante para geração de energia em 2019 https: //globoplay. globo. com/v/8231707/

Partes de um gerador eólico Fonte: (ANEEL, 2003)

Partes de um gerador eólico

Energia Eólica (Wind Energy in the world) Em 2020 foi 47% (uol, 2020) 7 Source: Wind. Europe, 2019

Wind Turbine Generators Types • Huge variety of generators • Task force IEEE to develop generic models • Four types of wind turbine generators • Representation of wind power plants by one machine 8

Wind Turbine Generators Type-1 Wind Turbine (SCIG): • Squirrel-Cage Induction Generator • Operates at constant speed • Reactive compensation 9

Wind Turbine Generators Type-1 Wind Turbine (SCIG): Gerador Eólico a partir de Gerador de Indução de Rotor de Gaiola de Esquilo. 10

Wind Turbine Generators Type-2 Wind Turbine (WRIG): • Wound Rotor Induction Generator • Rotor resistance variation • Reactive compensation 11

Wind Turbine Generators Type-2 Wind Turbine (WRIG): Gerador Eólico a partir de Gerador de Indução de Rotor Bobinado 12

Wind Turbine Generators Type-2 Wind Turbine (WRIG): • Alter torquespeed curve • Operates within a small speed range 13

Wind Turbine Generators Type-3 Wind Turbine (DFIG): • Doubly Fed Induction Generator • Wound Rotor Induction Generator + frequency converter • Operates at ± 30% of rated speed • Reactive injection control 14

Wind Turbine Generators Type-3 Wind Turbine (DFIG): Gerador Eólico a partir de Geador de Indução de Rotor Bobinado com dupla alimentação 15

Wind Turbine Generators Type-4 Wind Turbine: • Induction/Synchronous Generator • Grid connection through converter • Wide speed range • Reactive injection control 16

Wind Turbine Generators Type-4 Wind Turbine: Gerador Eólico a partir de Conversor no Estator. 17

Wind Turbine Generators around the world Source: JRC, 2017 18

Introduction: Government Impulsion Brazilian Panorama: • 2002 bill • Creates PROINFA • Increase wind, solar, small hydro and biomass share • Renewables supplying 10% of energy by 2024 19

Energia Eólica (Wind Energy) Source: ABEEolica, 2018 20

Wind Energy • Brazil – 42. 4 TWh in 2017 (Itaipu: 96. 4 TWh) – 7% of electricity demand (27% higher than 2016) – 15 GW of installed capacity Energia 21

Referências ANEEL, 2003 “Energia Eólica” UOL, 2020 “https: //noticias. uol. com. br/ultimas-noticias/deutschewelle/2020/01/02/quase-metadeda-energia-da-dinamarca-ja-e-eolica. htm” ABEEOLICA. Annual Wind Energy Report. Sao Paulo, 2018. Wind Europe. Wind energy in Europe in 2018: Trends and statistics. Wind Europe. (2019). Wind energy in Europe in 2018: Trends and statistics. , 2019. ISSN 0309524 X. JRC Wind Energy Status Report: 2016 Edition Globo, 2019: Fontes renovaveis tiveram papel importante para geração de energia em 2019 “https: //globoplay. globo. com/v/8231707/ ”

Geração de Indução

5%

Limitações: -Não produz potência reativa (consome potência reativa). -Precisa de uma fonte externa para controlar a tensão. -Caso seja ligado a um grande sistema (rede), a tensão do GI é mantido pela rede Vantagens: -Simplicidade - Não precisa de circuito de campo. - Pode ser acionado com velocidade variável

Geração de Indução operando isoladamente com cargas

a) Gerador de Indução Operando Isoladamente

a) Gerador de Indução Operando Isoladamente -Precisa de um banco de capacitores para fornecer a potência reativa para o GI como da carga - O controle da tensão é feito pelo banco de capacitores (variável) e deve ser projetado a fim de manter a tensão a um valor nominal. - A tensão gerada ocorre por escorvamento (similar ao GCC autoexcitado). - A tensão terminal é encontrada pela interseção entre a curva de magnetização e a característica Ic x Vc do capacitor. - A tensão terminal muda fortemente pela carga.

a) Curva de Magnetização -Obtido operando como motor e variando a tensão terminal e monitorando a corrente de Armadura (IM) b) Corrente do Capacitor x Tensão no Capacitor -Obtido pela impedância do capacitor Zc = 1/(2 f C)

Interseção entre a c. de magnetização e Ic x Vc do capacitor. (Zc grande) (Zc pequeno)

A tensão terminal do GI varia grandemente com a corrente da carga (e fdp). O Banco de Capacitores deve ser projetado para vários degraus de carga. Característica I x V do GI

B) Geração de Indução ligado à rede elétrica (grande sistema)

B) Gerador de Indução ligado à Rede Elétrica Gerador de Indução sem Banco de Capacitores Gerador de Indução Com Banco de Capacitores -Não Precisa de banco de capacitores -A potência reativa do GI é fornecida pela Rede elétrica - O banco de capacitores pode ser ligado nos terminais para corrigir o fdp. - Podem ser de gaiola de esquilo (tipo 1 e 4) ou de rotor bobinado (tipo 2 e 4)

-Gerador de indução de rotor bobinado pode permitir maiores variações da frequência ao incluir resistências no rotor (Gerador Eólico tipo 2). Efeito de incluir a resistência no rotor do GI rotor bobinado

Procedimento para ligar o GI na rede elétrica 1 Acionar a máquina prima até um pouco acima da vel. síncrona 2 Verificar que o sentido de rotação do GI seja a mesma direção que a produzida pelo Campo magnético do estator se operasse como motor. 3 Ligar o GI à rede elétrica 4 Ligar o banco de capacitores, caso exista

Questões: Tipos de Geradores Eólicos 1 Mencione os tipos de Geradores Eólicos padronizados pelo IEEE e o tipo de máquina usado (síncrona, assíncrona gaiola de esquilo, assíncrona rotor bobinado) 2 Qual é a vantagem de incluir a resistência no rotor no Gerador Eólico tipo 2. 3 Porque os Geradores Eólicos tipo 3 e 4 são os mais usados? Geradores de Indução 4 Explique como a tensão é gerada em um GI operando isoladamente 5 Para que serve o banco de capacitores em GI operando isoladamente? 6 Para que serve o banco de capacitores em GI ligado à rede?

Questões: 7 Indique o procedimento para ligar o GI à rede elétrica. 8 Quais seriam os efeitos na potência aparente, tensão e corrente de um gerador de indução projetado em 60 Hz ao ser ligado em um sistema de 50 Hz ? 9 Quais seriam os efeitos na potência aparente, tensão e corrente de um gerador de indução projetado em 50 Hz ao ser usado em 60 Hz ? 10 Quais seriam efeitos no circuito equivalente de um GI projetado em 50 Hz ao ser usado em 60 Hz ?