60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

O gerador de indução (GI) auto-excitado consiste em uma máquina de indução trifásica (MIT), isolada da rede elétrica e acionada por uma fonte primária, como uma queda d’água, motor a combustão interna, turbina eólica, entre outras, a qual gera potência quando provida de uma auto-excitação constante fornecida por um banco de capacitores conectado aos terminais do estator. O largo emprego da MIT operando como motor aliado ao grande desenvolvimento e difusão da eletrônica de potência, tornaram viável a utilização da MIT operando como GI em sistema de baixa potência. A despeito de vantagens do GI, como robustez, grande disponibilidade no mercado, baixo custo de aquisição, maior densidade de potência (W/Kg), o GI ainda apresenta desvantagens quanto a regulação de tensão insatisfatória em operação isolada da rede, acarretando na necessidade de seu aprimoramento, especialmente pela melhoria de controles de torque e velocidade, essenciais para seu uso. O objetivo deste trabalho é o estudo das diferentes metodologias de regulação em sistemas de geração baseados na MIT com rotor gaiola, e notadamente no desenvolvimento da modelagem de um sistema de geração baseado no GI, com regulação de velocidade da máquina primária, utilizando-se para simulação o software de cálculo Matlab/Simulink.

METODOLOGIA:

Dentre as metodologias de controle de tensão do GI, analisou-se aqui uma estratégia de controle com o uso do inversor de modulação vetorial por largura de pulso (SVPWM) e com a regulação da velocidade do rotor da MIT por meio da máquina primária. O inversor utilizado é um conversor bidirecional (ou dual) alimentado em tensão pelo capacitor (C_cc), tendo como função fixar a freqüência síncrona de operação. Por ser bidirecional ele permite o fluxo de potência do lado CA para o CC ou vice-versa, podendo compensar a potência reativa solicitada no lado CA pelo gerador e sua carga. O sistema simulado foi desenvolvido a partir de dados e parâmetros obtidos através do protótipo em implementação no Departamento de Engenharia Elétrica. Este sistema é composto pela máquina primária que aciona o GI de 5 CV (3680 W), 4 pólos, 1730 rpm e 220 V eficazes, excitado por um banco trifásico de capacitores (C_ca) de 50 µF em delta, um inversor SVPWM ligado através de indutâncias série (L_f) de 5 mH, um banco de capacitores C_cc de 10 mF conectado ao elo CC, um regulador de velocidade fechando a malha através de um controlador PID com a máquina primária, e um controle de tensão do elo CC ligado a uma resistência que atua como limitador na ocorrência de sobre-elevações, na saída de carga.

RESULTADOS:

O indutor L_f utilizado na conexão do gerador ao inversor, juntamente com o capacitor C_ca formam um filtro passa-baixa com a função de atenuar as componentes de alta freqüência do chaveamento do inversor. A tensão (V_cc) no capacitor do elo CC do inversor serve de controle ao regulador de velocidade da máquina primária, dado que a variação de velocidade da máquina ocorre numa faixa muito estreita e que também não ocorre alteração significativa na energia acumulada nos elementos magnéticos, então, qualquer desequilíbrio reflete na tensão V_cc do elo, tornando-se o parâmetro responsável pelo balanço de potência do GI. O controle da velocidade atuante na máquina primária é feito por meio de um compensador PID. A avaliação do sistema proposto para análise foi baseada no desempenho de operação para diversas solicitações de carga, com degraus de carga variando a até 1840 W. O rotor da MIT apresenta durante o funcionamento a vazio, sem carga, uma velocidade de 1820 rpm. Durante o degrau de carga de 1840 W o rotor passa a girar com uma velocidade superior, de forma a suprir o aumento do escorregamento com a carga, fornecendo o conjugado necessário para a geração de potência elétrica demandada e para estabilização da tensão em 220 V eficazes.

CONCLUSÕES:

Esta pesquisa efetuou o estudo de metodologias de controle, bem como a modelagem e simulação de um gerador de indução isolado, acionado pela máquina primária e associado ao inversor SVPWM, examinando o comportamento da tensão gerada mediante diversas condições de operação. O inversor proporciona a fixação da freqüência síncrona nos terminais do gerador, opera como compensador de reativos para a carga CA e torna possível que em virtude da regulação da tensão no elo CC se obtenha a regulação da tensão terminal CA do gerador. O resultados obtidos na simulação durante degraus de carga, atestam e comprovam a qualidade e robustez da estrutura de controle analisada nesta pesquisa, por meio da qual foi possível realizar o controle da tensão e da freqüência de forma satisfatória.

Instituição de fomento: Fundect - CNPq/UFMS

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: Gerador de indução, Inversor, Regulação de velocidade

E-mail para contato: dtr_diego@hotmail.com