Gerador síncrono: dispositivo, tipos e aplicativos

Um gerador síncrono é um dispositivo especial por meio do qual é possível converter qualquer energia em energia elétrica. Esses dispositivos são estações móveis, baterias térmicas ou solares e equipamentos especiais. Dependendo do tipo de gerador, é determinada a possibilidade de seu uso, por isso vale a pena entender mais detalhadamente o que é o dispositivo.

No final do século 19, a empresa de Robert Bosch desenvolveu pela primeira vez algo semelhante a um gerador. O dispositivo era capaz de acionar um motor. Durante os testes, foi revelado que a máquina não é adequada para uso permanente, mas os desenvolvedores conseguiram aprimorar o aparelho.

Em 1890, a empresa mudou quase totalmente para a produção deste equipamento, que ganhou grande popularidade. Em 1902, um aluno da Bosch criou uma ignição usando alta tensão. O aparelho foi capaz de produzir uma faísca entre os dois eletrodos da vela, tornando o sistema mais versátil.

O início da década de 60 do século XX foi a era da disseminação dos geradores pelo mundo. E se antes os aparelhos eram procurados apenas na indústria automotiva, agora essas unidades são capazes de fornecer eletricidade a casas inteiras.

O design de tais unidades envolve apenas dois elementos principais:

• rotor;
• estator.

A principal tarefa do gerador é converter um tipo de energia em energia elétrica. Com sua ajuda, é possível fornecer a quantidade necessária de corrente aos dispositivos dependentes para que possam ser usados.

Para avaliar o desempenho de um gerador, você precisa examinar suas características. Em princípio, eles são iguais aos de uma estação que gera corrente contínua. Os principais parâmetros da avaliação são vários fatores.

• Em marcha lenta. Representa a dependência do EMF da força das correntes móveis responsáveis ​​pela excitação da bobina do amortecedor. Com sua ajuda, é possível determinar a capacidade de magnetização das cadeias.
• Característica externa. Implica uma relação paralela entre a tensão da bobina e a corrente de carga. O valor depende do tipo de carga aplicada ao dispositivo. Dentre os motivos que podem ocasionar alterações, está o aumento ou diminuição do EMF da unidade, bem como uma queda de tensão nos enrolamentos da bobina instalada, que é colocada dentro do dispositivo.
• Ajustamento. Representa a relação que se forma entre as correntes de campo e as correntes de carga. Garantir a operabilidade e proteção das unidades síncronas é alcançado monitorando este indicador. Isso é fácil de conseguir se você ajustar constantemente o EMF.

Não é tão difícil descobrir como o dispositivo funciona. Consiste em girar uma moldura magnética para criar um campo elétrico. No processo de rotação do quadro, aparecem linhas magnéticas que começam a cruzar seu contorno.O cruzamento contribui para a formação de uma corrente elétrica.

Para determinar para onde os fluxos de energia elétrica estão se movendo, é necessário usar a regra do cardan. Deve-se notar que em algumas áreas o movimento atual é oposto. As direções mudam constantemente quando você alcança o próximo pólo, que está localizado no ímã. Esse fenômeno é chamado de corrente alternada, e a conexão da moldura a um anel magnético separado pode comprovar essa condição.

A relação entre a magnitude da corrente no quadro e a velocidade de rotação do rotor do sistema é proporcional. Assim, quanto mais a estrutura gira, mais eletricidade o gerador pode fornecer. Este indicador é caracterizado pela velocidade de rotação.

De acordo com os padrões estabelecidos, o indicador de velocidade ideal na maioria dos países não deve exceder 50 Hz. Isso significa que o rotor deve realizar 50 vibrações por segundo. Para calcular o parâmetro, é necessário concordar que uma rotação do quadro leva a uma mudança na direção da corrente.

Se o eixo consegue girar 1 vez por segundo, isso significa que a frequência da corrente elétrica é de 1 Hz. Assim, para atingir 50 Hz, será necessário garantir o número correto de rotações de quadro por segundo.

A dependência, neste caso, é inversamente proporcional. Assim, para fornecer uma frequência de 50 Hz, será necessário reduzir a velocidade em cerca de 2 vezes.

Além disso, deve-se notar que em alguns países outras taxas de rotação do rotor são definidas. A frequência padrão é 60 Hz.

Hoje, os fabricantes produzem vários tipos de geradores síncronos. Dentre as classificações existentes, várias merecem atenção especial. Em primeiro lugar, vale a pena considerar a divisão das unidades por projeto. Os geradores são de dois tipos.

• Brushless. O projeto do gerador implica o uso de enrolamentos do estator. Eles são colocados de forma que os núcleos dos elementos fiquem alinhados com a direção dos pólos magnéticos ou dos núcleos fornecidos na bobina. O número máximo de dentes magnéticos não deve exceder 6 peças.

• Síncrono, equipado com indutor. Se estamos falando de ajustar máquinas operando em baixa potência, ímãs CC são usados ​​como rotor. Caso contrário, o rotor é o enrolamento indutor.

A seguinte classificação implica na divisão de estações móveis em tipos separados.

• Hidrogeradores. Uma característica distintiva do dispositivo é um rotor com pólos pronunciados. Essas unidades são usadas para gerar eletricidade onde não há necessidade de fornecer um grande número de revoluções do dispositivo.

• Geradores de turbina. A diferença é a ausência de pólos pronunciados. O dispositivo é montado a partir de várias turbinas, é capaz de aumentar o número de rotações do rotor várias vezes.

• Juntas de expansão síncronas. É usado para obter potência reativa - um indicador importante em instalações industriais. Com sua ajuda, é possível melhorar a qualidade da corrente fornecida e estabilizar os indicadores de tensão.

Existem vários modelos comuns de tais dispositivos.

• Stepper. Eles são usados ​​para garantir a operabilidade dos drives instalados em mecanismos que possuem um ciclo start-stop.

• Gearless. Usado principalmente em sistemas autônomos.

• Sem contato. Eles são procurados como estações móveis principais ou de backup em navios.

• Histerese. Esses geradores são usados ​​para contadores de tempo.

• Indutor. Garantir o funcionamento das instalações elétricas.

Os primeiros são dispositivos em que os pólos são claramente visíveis. Eles se distinguem por uma baixa velocidade do rotor. A segunda categoria possui em seu design um rotor cilíndrico, que não possui pólos salientes.

Geradores síncronos são dispositivos projetados para a produção de corrente alternada. Você pode encontrar esses dispositivos em várias estações:

• atômico;
• térmico;
• usinas hidrelétricas.

E também as unidades são ativamente usadas em sistemas de transporte. Eles são usados ​​em vários veículos e sistemas de navios. O gerador síncrono é capaz de operar de forma autônoma, separada da rede elétrica, e simultaneamente com ela. Neste caso, é possível conectar várias unidades ao mesmo tempo.

A vantagem das estações geradoras de CA é a capacidade de fornecer eletricidade ao espaço alocado. Conveniente se o objeto estiver localizado longe da rede central. Portanto, as unidades são procuradas pelos proprietários de fazendas localizadas em assentamentos distantes da cidade.

Ao escolher um gerador, é importante encontrar um dispositivo adequado e confiável que possa fornecer eletricidade para a área alocada. Primeiro você precisa decidir sobre os parâmetros técnicos do futuro dispositivo. Os especialistas aconselham prestar atenção a:

• a massa do gerador;
• dimensões do dispositivo;
• potência;
• consumo de combustível;
• figura de ruído;
• duração do trabalho.

E também um parâmetro importante é a capacidade de organizar o trabalho automático. Para entender quantas fases um futuro gerador precisa, é necessário determinar o tipo e a quantidade de aparelhos elétricos que serão conectados a ele.

No entanto, a compra de tal usina móvel nem sempre é a melhor decisão.

Antes de comprar, recomenda-se também levar em consideração a carga que será exercida sobre o dispositivo durante sua operação. Cada fase deve ser carregada com no máximo 30% do total. Assim, se a potência do gerador for de 6 kW, então no caso de utilizar tomadas com tensão de 220 V, será possível utilizar apenas 2 kW.

A compra de um gerador trifásico está em demanda somente quando há muitos consumidores trifásicos na casa. Se a maioria dos aparelhos for monofásica, é melhor comprar uma unidade apropriada.

Antes de ligar o gerador, ele deve primeiro ser ajustado. Em primeiro lugar, eles ajustam a frequência do dispositivo. Isso pode ser feito de duas maneiras:

1. alterar o projeto da unidade, prevendo com antecedência quantos pólos são necessários para o funcionamento do eletroímã;
2. fornecer a velocidade de eixo necessária sem nenhuma alteração de projeto.

Um exemplo notável são as turbinas de baixa velocidade. Eles fornecem uma rotação do rotor de 150 rpm. Para ajustar a frequência, use o primeiro método, aumentando o número de postes para 40 peças.

Apesar do EMF de indução do dispositivo estar associado ao rotor e suas rotações, por questões de segurança, é impossível desmontar a estrutura para alterar o parâmetro.

O valor EMF pode ser alterado ajustando o fluxo magnético gerado. Terá de ser aumentado ou diminuído. As voltas sinuosas, ou melhor, seu número, são responsáveis ​​pelo valor do indicador. E também a potência do fluxo magnético pode ser influenciada pela corrente gerada pela bobina.

O ajuste envolve a inclusão de várias bobinas em uma corrente.Para fazer isso, você precisa usar reostatos ou circuitos eletrônicos adicionais. A segunda opção requer a configuração do parâmetro usando estabilizadores externos. Isso garante um serviço confiável.

A vantagem de uma estação móvel síncrona é a capacidade de sincronizar com outras máquinas elétricas de tipo semelhante. Ao mesmo tempo, durante a conexão, é possível combinar as velocidades de rotação e garantir um deslocamento de fase zero. Nesse sentido, as usinas móveis são muito procuradas na engenharia de energia industrial, onde é muito conveniente usá-las como fonte de energia de backup para aumentar a capacidade de produção em caso de cargas pesadas.

Veja abaixo o gerador síncrono e assíncrono.