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Fornece energia de alta qualidade com menos ondulações e suaviza as correntes do lado DC.

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Figura 01: Circuito equivalente por fase de um gerador síncrono

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Para modelar um gerador síncrono multifásico, o modelo matemático de um gerador trifásico é derivado. Os modelos são derivados das relações entre os terminais da máquina, correntes e fluxo.

Para o modelo por fase apresentado acima:

Eaf é a tensão de terminais da máquina,

Xs é a reatância síncrona derivada da indutância mútua presente na fase,

Ra é a resistência de armadura,

Va é a tensão gerada.

E sua modelagem matemática é dada por:

V_a = E_af-R_aI_a-jX_sI_a

É importante considerar que o circuito da figura é o circuito equivalente monofásico entre linha e neutro de uma máquina que opera em condições de equilíbrio. O circuito apresentado acima pode ser replicado para o número que for necessário, dependendo do número de fases do gerador multifásico.

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Vídeo 02: Princípio de funcionamento de um gerador síncrono

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O gerador síncrono é um dos tipos mais comuns de equipamentos para geração de energia elétrica. Seu princípio básico de funcionamento consiste em transformar a energia mecânica, ou de rotação, em energia elétrica.

Portanto, o princípio de funcionamento do gerador tem a mesma concepção da máquina de corrente contínua, ou seja, sempre que houver movimento entre um condutor e um campo magnético haverá uma tensão que será conduzida pelo condutor.

O rotor do gerador é acionando por uma máquina motriz primária, que produz um campo magnético girante dentro da máquina, devido às correntes CC nos enrolamentos de campo. E, então, esse campo magnético girante induz um conjunto de tensões (dependente do número de fases da máquina) nos enrolamentos de armadura do gerador.

É importante ressaltar que o modelo apresentado no vídeo é para um gerador monofásico, porém, o modelo é facilmente replicável para o número de fases desejado.

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Vídeo 01: Estrutura de um gerador síncrono

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Os componente mais importantes de um gerador síncrono são o rotor e o estator.

O rotor é a parte móvel localizada no centro da máquina.  Nele, existem enrolamentos, chamados de enrolamentos de campo, onde uma corrente contínua (CC) circula por ele. Essa corrente pode chegar ao enrolamento de campo por meio de escovas de carvão que fazem contato com anéis coletores (ou anéis deslizantes) ou por meio de um sistema brushless, ou seja, sem escovas.

O estator é a parte fixa em volta do rotor. Nele, existem enrolamentos, chamados de enrolamentos de armadura, onde a tensão gerada pelo giro do rotor é enxergada.

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Figura 03: Diagrama da estrutura do MPPMSG

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Gerador Síncrono de Ímã Permanente Multifásico (MPPMSG) de 12 fases:

Rotor externo;

Estrutura de pólo não saliente de fluxo radial.

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Os geradores multifásicos possuem diferenças para os geradores trifásicos convencionais.

VANTAGENS:

Maior confiabilidade;

Maior densidade de torque;

Menor torque pulsante;

DESVANTAGENS:

O controle da máquina deve ser repensado;

A modelagem matemática (principalmente com relação aos harmônicos) deve ser incrementada.

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Cargas do Sistema de energia elétrica do navio

O Gerador Síncrono Multifásico com o retificador pode prover energia de melhor qualidade para armas de alto poder e armas de laser, que requerem energia controlada flexível e com alta qualidade.

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Grupo 5 - Geradores Síncronos Multifásicos

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[1] https://www.luminuseletricidade.com.br/qual-o-principio-de-funcionamento-de-gerador-sincrono

[2] https://www.youtube.com/watch?v=hECFUFP8iHw

[3]  CHAPMAN, S. J. Fundamentos de máquinas elétricas. 5. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. 700p.

[4] https://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariaeletrica/slides-2016-cap5_eletrotecnica_fabioleao.pdf

[5] https://static.weg.net/medias/downloadcenter/h68/h68/WEG-curso-dt5-caracter-sticas-e-especifica-o-de-geradores-artigo-tecnico-portugues.pdf

[6] Torres de Carvalho Cordovil, Paulo. “Modelagem e aspectos construtivos de gerador síncrono multifásico para turbinas eólicas offshore”. 2018.

[7] Miglan Lin, Anurag K. Srivastava and Noel N. Schul. “A Generic Digital Model of Multiphase Synchronous Generator for Shipboard Power System”. 2007. IEEE.

[8] Z. Xiang-JUn, Y. Yongbing, Z. Hongtao, L. Ying, F. Luguang. Y. Xu. State Key Laboratory of Electrical Insulation Power Equipment, Xian Jiaotong University, Xi’an City 710049, People’s Republic of China. “Modelling and control of multi-phase permanent magnet sychronous generator and efficient hybrid 3L-conveters for large direct-drive wind turbines”. Published in IET Electric Power Applications.

[9] Gerador a ímã permanente, ABB. Disponível em: https://new.abb.com/motors-generatos/pt/geradores/geradores-para-turbinas-eolicas/geradores-a-ima-permanente.

[10] Locment, Fabrice. Semail, Eric. Piriou, Francis. “Design ans Study of a Multiphase Axial-Flux Machine”. IEEE.

[11] Máquinas Elétricas. Stephen D. Umans. de Fitzgerald e Kingsley. 7ed.

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Energia Eólica

Geradores Síncronos Multifásicos são utilizados para grandes turbinas eólicas de acionamento direto (turbinas eólicas de alta potência até 5 MW ou mais).

Maior eficiência, harmônicos mais baixos são alcançados substituindo o tradicional.