Sistemas de Excitação

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 rápida resposta transitória.

Os quatro métodos comuns de excitação incluem:

Shunt ou Auto Excited

Sistema de aumento de excitação (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 ao estator da excitatriz. A saída AC do rotor da excitatriz é retificada em uma entrada CC para o rotor do gerador principal. Sistemas mais avançados usam uma entrada adicional para o AVR. Este artigo irá explorar a construção, função e aplicação de cada método e inclui diagramas e ilustrações para cada um.

locação gerador 

Regulador Automático de Tensão (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 Silicone (SCR) - Detecta o nível de potência do estator e determina seu disparo para a tensão do excitador. 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 Pulse Width Modulated (PWM) para o excitador. Este estilo de AVR pode ser usado para métodos de excitação. Cargas não lineares não causam falhas de excitação resultantes do feedback.

O método de shunt apresenta um design simples e econômico para fornecer energia de entrada para o AVR. Este método não requer componentes adicionais ou fiação. Quando surgem problemas, a solução de problemas é simplificada com menos componentes e fiação para validar.

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

O AVR fornece energia ao excitador e é retificado para corrente contínua. A corrente é induzida no estator para a saída de carga.

A maior desvantagem desse sistema é que o AVR é impactado pela carga que o gerador está alimentando. Quando a carga aumenta, a tensão começa a diminuir e o AVR deve fornecer mais corrente ao excitador para suportar a demanda. Isto empurra o AVR para os seus limites. Se o AVR for empurrado para além dos seus limites, o campo de excitação entra em colapso. A tensão de saída é reduzida para uma pequena quantidade.

Se ocorrer um curto-circuito no fornecimento ao AVR, o gerador não terá uma fonte de excitação. Isso causa uma perda da saída de energia do gerador.

Geradores com métodos de shunt ou auto-excitados podem ser usados em cargas lineares (carga constante). Aplicações que possuem cargas não lineares (carga variável) não são recomendadas para geradores com este método de excitação. Harmônicos associados a cargas não lineares podem causar paradas no campo de excitação.

Sistema de aumento de excitação (EBS)

Excitação EBS

O sistema EBS é composto pelos mesmos componentes básicos que fornecem entradas e recebem saídas do AVR. Os componentes adicionais neste sistema são:

Módulo de Controle de Impulso de Excitação (EBC)

Gerador de aumento de excitação (EBG).

O EBG é montado na extremidade acionada do alternador. Aparência física é o mesmo que um impermanente. O EBG fornece energia ao controlador enquanto o eixo do gerador gira.

O módulo de controlo EBC está ligado em paralelo ao AVR e ao excitador. O EBC recebe sinal do AVR. Quando necessário, o controlador fornece níveis variáveis de corrente de excitação ao excitador em níveis que dependem das necessidades do sistema.

A alimentação de energia adicional ao sistema de excitação suporta os requisitos de carga. Isso permite que o gerador inicie 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 de backup. Quando o gerador inicia, o sistema EBS é desengatado até que a velocidade de operação seja atingida. O EBG ainda está gerando energia, mas o controlador não o encaminha.

O sistema permite uma resposta dinâmica, é menos dispendioso e atende aos requisitos para fornecer 300% de corrente de curto-circuito. As cargas não lineares, como partida do motor, são melhoradas quando comparadas ao método Shunt ou Self Excited.

Gerador Magnético Permanente (PMG)

Excitação PMG

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

O PMG fornece energia isolada ao 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 colapsa, permitindo que falhas de curto-circuito sustentadas sejam eliminadas.

A mudança de carga não afeta o campo de excitação.

A tensão é criada no arranque inicial e não depende do magnetismo remanescente no campo.

Durante o arranque do motor, o campo de excitação não colapsa devido à falta de alimentação do AVR.

O sistema PMG adiciona peso e tamanho ao final 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 Auxiliar de Enrolamento

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 tem um campo de excitação separado, no entanto, não usa um componente ligado à extremidade acionada do eixo do gerador. Esses métodos usam a rotação do eixo e um imã permanente ou gerador para fornecer a excitação adicional.

Um enrolamento monofásico adicional é instalado no estator. Como o eixo do gerador gira a tensão de alimentação dos enrolamentos principais do estator para o AVR como em todos os métodos acima mencionados.

A tensão de alimentação dos enrolamentos monofásicos adicionais para o AVR. Isso cria a tensão de excitação extra necessária ao fornecer cargas não lineares.

Para aplicações de carga linear, os métodos de excitação EBS, PMG e AUX podem ser usados. Excitação shunt é o método mais rentável.

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