Sistemas de Excitação

Os sistemas de excitação podem ser definidos como o sistema que fornece corrente de campo para o enrolamento do rotor de um gerador.

Sistemas de excitação bem projetados fornecem confiabilidade de operação, estabilidade e resposta rápida a transientes.

Os quatro métodos de excitação comuns incluem:

• Shunt ou auto excitado

• Excitation Boost System (EBS)

• Gerador de ímã permanente (PMG)

• Enrolamento Auxiliar (AUX)

Cada método tem suas vantagens individuais. Todos os métodos usam um regulador automático de tensão (AVR) para fornecer saída CC (corrente contínua) ao estator da excitatriz.

A saída CA (corrente alternada) do rotor da excitatriz é retificada para uma entrada CC para o rotor do gerador principal.

Sistemas mais avançados usam uma entrada adicional para o AVR. Aqui vamos explorarar a construção, função e aplicação para cada método e inclui diagramas e ilustrações para cada um.

Regulador de tensão automática (AVR)

A construção do AVR varia com a excitação usada. Todos recebem entrada do estator do gerador quando ele gira.

AVRs com a capacidade de receber uma segunda entrada para reduzir ou eliminar harmônicos internos causados ​​por sinais de feedback de carga são usados ​​para aplicações de carga não linear.

Os dois tipos comumente usados ​​são:

• Retificador Controlado por Silício (SCR): Detecta o nível de potência do estator e determina seu disparo para a tensão da excitatriz. Pode causar problemas quando usado com cargas não lineares.
• Transistor de efeito de campo (FET): detecta o nível de potência do estator e se traduz em um sinal modulado por largura de pulso (PWM) para a excitatriz. Este estilo de AVR pode ser usado para métodos de excitação. Cargas não lineares não causam interrupções de excitação resultantes de feedback.

Shunt ou auto excitado

Excitação Shunt

O método shunt apresenta um design simples e econômico para fornecer energia de entrada ao AVR. Este método não requer componentes ou fiação adicionais.

Quando surgem problemas, a solução de problemas é simplificada com menos componentes e fiação para validar.

Conforme o gerador é girado, o estator fornece tensão de entrada para o AVR. Além disso, o AVR possui sensores que monitoram a saída do estator.

O AVR fornece energia para a excitatriz e é retificado para corrente DC. A corrente é induzida no estator para saída de carga.

A maior desvantagem desse sistema é que o AVR é ​​afetado pela carga que o gerador está alimentando.

Quando a carga aumenta, a tensão começa a diminuir e o AVR deve fornecer mais corrente à excitatriz para suportar a demanda.

Isso leva o AVR aos seus limites. Se o AVR for empurrado além de seus limites, o campo de excitação entra em colapso. A tensão de saída é reduzida a um pequeno valor.

Se ocorrer um curto-circuito na alimentação do AVR, o gerador não terá uma fonte de excitação. Isso causa uma perda de saída de energia do gerador.

Geradores com métodos shunt ou autoexcitados podem ser usados ​​em cargas lineares (carga constante).

As aplicações que têm cargas não lineares (carga variável) não são recomendadas para geradores com este método de excitação. Harmônicos associados a cargas não lineares podem causar interrupções no campo de excitação.

Excitation Boost System (EBS)

Excitação EBS O sistema EBS é composto dos mesmos componentes básicos, fornecendo entradas e recebendo saídas do AVR.

Os componentes adicionais deste sistema são: Módulo de controle de aumento de excitação (EBC) Excitation Boost Generator (EBG).

O EBG é montado na extremidade acionada do alternador. A aparência física é a mesma de um ímã permanente. O EBG fornece energia para o controlador conforme o eixo do gerador gira.

O módulo de controle EBC é conectado em paralelo ao AVR e à excitatriz. O EBC recebe sinal do AVR. Quando necessário, o controlador fornece vários níveis de corrente de excitação à excitatriz em níveis que dependem das necessidades do sistema.

A alimentação de energia adicional para o sistema de excitação suporta os requisitos de carga. Isso permite que o gerador dê partida e recupere a tensão de excitação. Este sistema de excitação não é recomendado para aplicações de energia contínua.

Destina-se a aplicações de energia de emergência ou reserva. Quando o gerador dá partida, o sistema EBS é desativado até que a velocidade de operação seja atingida.

O EBG ainda está gerando energia, mas o controlador não o direciona. O sistema permite uma resposta dinâmica, é mais barato e atende aos requisitos para fornecer 300% de corrente de curto-circuito.

Cargas não lineares, como a partida do motor, são aprimoradas quando comparadas ao método Shunt ou Auto excitado.

Gerador Magnético Permanente (PMG)

Geradores equipados com ímãs permanentes estão entre os métodos excitados separadamente mais conhecidos. Um ímã permanente é montado na extremidade acionada do eixo do gerador.

O PMG fornece energia isolada para o AVR quando o eixo do gerador gira. O AVR utiliza a energia extra ao fornecer cargas não lineares, como; partida de motores.

Uma forma de onda trifásica limpa, isolada e ininterrupta é produzida quando o eixo do gerador está girando.

Alguns dos benefícios do uso de geradores equipados com o método de excitação PMG são:

O campo de excitação não entra em colapso, permitindo que falhas de curto-circuito sustentadas sejam eliminadas.

A alteração da carga não afeta o campo de excitação.

A tensão é criada na inicialização e não depende do magnetismo remanescente no campo.

Durante a partida do motor, o campo de excitação não entra em colapso devido à falta de alimentação do AVR.

O sistema PMG adiciona peso e tamanho à extremidade do gerador. É o método de excitação mais comumente usado para aplicações que usam motores que ligam e desligam e outras cargas não lineares.

Enrolamento Auxiliar (AUX) Excitação de enrolamento auxiliar

O método de enrolamento auxiliar está em uso há anos. Os usos variam de aplicações marítimas a industriais e são mais práticos em instalações maiores.

Este método possui um campo de excitação separado, porém não utiliza um componente conectado à extremidade acionada do eixo do gerador.

Esses métodos usam a rotação do eixo e um ímã permanente ou gerador para fornecer a excitação adicional. Um enrolamento monofásico adicional é instalado no estator.

Conforme o eixo do gerador gira, os enrolamentos principais do estator fornecem tensão ao AVR como em todos os métodos mencionados acima.

Os enrolamentos monofásicos adicionais fornecem tensão ao AVR. Isso cria a tensão de excitação extra necessária ao fornecer cargas não lineares.

Para shunt de aplicações de carga linear, os métodos de excitação EBS, PMG e AUX podem ser usados.

A excitação do shunt é o método mais econômico. Para aplicações de carga não linear, os métodos de excitação EBS, PMG e AUX podem ser usados. A excitação PMG é a mais comum e amplamente utilizada.