Distribuição de carga para geradores shunt CC

23 de junho de 2024 Luciano Bertene

O balanceamento de carga de geradores shunt CC é um aspecto crucial dos sistemas de distribuição de energia. Nestes sistemas, vários geradores são frequentemente conectados em paralelo para garantir um fornecimento de energia estável e confiável. A distribuição adequada da carga garante que cada gerador contribua com sua parcela justa da carga, evitando que geradores individuais fiquem sobrecarregados. Esta introdução examina os métodos e técnicas utilizados para distribuir eficientemente a carga entre geradores shunt CC, contribuindo para a estabilidade geral da rede de distribuição de energia.

Operação do gerador shunt e separação segura

Os geradores shunt são mais adequados para operação simultânea estável (paralela) devido às suas características de tensão suavemente inclinadas. Sua função é que qualquer tendência de um gerador exigir mais ou menos do que sua parcela de carga correta resulte em mudanças de tensão no sistema que contrariem diretamente essa tendência, restaurando assim a primeira divisão do sistema. Uma vez parametrizados, eles são teoricamente controlados em paralelo.

Da mesma forma, para descomissionar um gerador, seu campo é enfraquecido, sendo o campo do outro gerador bombeado até que o amperímetro do gerador a ser limpo indique zero. Depois disso, seu disjuntor e interruptores são abertos para tirar o gerador de serviço. Este método de conexão e descomissionamento de um gerador ajuda a evitar choques ou mau funcionamento repentino no inversor ou no próprio sistema.

Manutenção e desligamento seguro do gerador

Uma quantidade muito alta enfraquece o campo de um gerador. A energia é liberada e flui na direção original do gerador, acionando seu motor principal.

Limitações no projeto de máquinas elétricas

As características da derivação de tensão de dois geradores shunt são mostradas na Figura a e na Figura b acima. Será entendido que o gerador #1 fornece VI para uma tensão terminal típica.₁ Ampere e gerador NEÉ eu₂ Amplificador. Sabe-se também que o gerador número 1, que possui propriedades adicionais de rebaixamento, transporta corrente. Verificou-se que os geradores shunt podem dividir adequadamente a carga em todos os fatores cujas características sejam semelhantes e idênticas, reduzindo dois operadores à carga.

Se dois geradores com unidades de potência diferentes compartilharem automaticamente uma carga como uma porcentagem de sua potência, suas características externas, quando projetadas em termos de suas participações nas correntes de plena carga, deverão ser as mesmas, conforme mostrado na Fig. Por exemplo, se um gerador de 150 kW funcionar em paralelo com um gerador de 300 kW para produzir um total de 360 kW, o primeiro gerador poderá fornecer 120 kW e o outro 240 kW.

Classificação de máquinas DC

Uma vez reconhecidas as características individuais dos geradores, esses aspectos são plotados somando as correntes separadas em valores diferentes ou iguais. A partir desta propriedade combinada é lida a tensão para cada carga combinada, as correntes de ar e o vento fornecido por cada gerador são mostrados na Fig.

Na obtenção da edística Gen-Io, o resultado acima é obtido através de cálculos simples e não esquematizados.

Veremos como a carga é distribuída entre dois geradores com tensão sem carga desigual.

Deixe E₁E₂ = tensões sem carga dos dois geradores.

R₁R₂ = resistências de armadura

V = Tensão terminal comum

Então,

EU₁ = (E₁-V)/R₁ E EU₂ = (E₂-V)/R₂

EU₂/EU₁ = (E₂-V)/ (E₁-V) x (R₁/R₂)

EU₂/EU₁₌(K₂N₂Φ₂–V)/K₁N₁Φ₁– V) x (R₁/R₂)

A equação acima mostra que a tensão do barramento pode ser mantida constante aumentando Φ2 ou N2 ou reduzindo N.₁ e Φ₁. N₂ e n₁ são alterados alterando a velocidade dos motores de acionamento, e Φ₁ e Φ₂ são alterados com a ajuda da regulação das resistências do campo shunt.

Aqui estão algumas classificações comuns de máquinas DC

Com base na configuração do enrolamento de campo

Nestas máquinas o enrolamento de campo é conectado em paralelo ao enrolamento da armadura. Eles têm características de velocidade relativamente constantes e são usados em aplicações que exigem controle de velocidade estável, como: Por exemplo, correias transportadoras e máquinas industriais.
O enrolamento de campo está conectado em série com o enrolamento da armadura. As máquinas em série possuem alto torque de partida e características de velocidade variável, tornando-as adequadas para aplicações como tração elétrica e guindastes.
Estas máquinas combinam as propriedades de máquinas paralelas e em linha. Elas podem ser divididas em máquinas cumulativamente compostas (adicionando os efeitos de campos paralelos e em série) e máquinas diferencialmente compostas (opostas aos efeitos de campos paralelos e em série).

Com base na conexão do enrolamento da armadura

Nessas máquinas, os enrolamentos da armadura são conectados em paralelo ou “sobrepostos”. São utilizados em aplicações que requerem altas correntes e baixa tensão, como: B. máquinas de solda elétrica.
Aqui as bobinas do enrolamento da armadura são conectadas em série ou em forma de onda. Eles são adequados para aplicações de alta tensão e baixa corrente.

Baseado em aplicativos

Os geradores DC convertem energia mecânica em energia elétrica. Eles são usados em aplicações que exigem uma tensão CC estável, como carregamento de baterias e galvanoplastia.
Os motores DC convertem energia elétrica em energia mecânica. Eles são usados em diversas aplicações, como máquinas industriais, veículos elétricos e elevadores.

Baseado no sistema de excitação

O enrolamento de campo é excitado por uma fonte CC externa independente da máquina.
O enrolamento de campo é excitado pela corrente de armadura da máquina. Esta categoria inclui máquinas de derivação, série e compostas.

Baseado na construção do núcleo da âncora

O núcleo da âncora possui superfície lisa, o que resulta em melhor estabilidade mecânica.
O núcleo da armadura possui ranhuras para acomodar o enrolamento da armadura, permitindo melhor resfriamento e uma área de superfície maior para posicionamento do enrolamento.

Distribuição de carga

O balanceamento de carga dos geradores shunt CC é crucial para o seu funcionamento, pois garante uma distribuição eficiente de energia e evita sobrecargas. As técnicas de balanceamento de carga ajudam os sistemas de energia a manter a estabilidade, melhorar a confiabilidade e otimizar o desempenho do gerador.

A distribuição desigual da carga pode levar a vários problemas, incluindo:

Se uma fonte de energia tiver uma relação de transmissão desproporcionalmente alta, isso poderá causar superaquecimento, redução da eficiência e possíveis danos à fonte.
Uma fonte de energia subutilizada leva à ineficiência, pois parte da capacidade disponível permanece não utilizada, resultando em desperdício de recursos.
Se uma fonte de energia estiver muito carregada enquanto outras estão levemente carregadas, a confiabilidade do sistema pode ser comprometida, resultando em potencial tempo de inatividade ou interrupção.

O balanceamento de carga é essencial em aplicações onde o fornecimento de energia consistente é fundamental, como data centers, hospitais, fábricas e grandes operações comerciais. Para alcançar uma distribuição de carga eficaz, vários métodos e mecanismos de controle são utilizados:

O controle de queda ajusta a velocidade ou tensão de cada gerador dependendo do tamanho da carga. À medida que a carga aumenta, a potência de cada gerador aumenta ligeiramente para manter uma divisão proporcional da bolsa.
Em sistemas de geração de energia acionados por motores principais, como turbinas, os reguladores controlam a velocidade dos motores principais para regular a produção do gerador em resposta às mudanças de carga.
A sincronização adequada garante que os geradores estejam conectados à rede com tensão, frequência e ângulos de fase apropriados, permitindo uma distribuição contínua da carga.
Esses dispositivos eletrônicos monitoram a carga de cada gerador e ajustam sua excitação ou saída de acordo para manter o equilíbrio.
A distribuição de carga pode ser melhorada permitindo a comunicação entre geradores para que possam coordenar eficazmente a distribuição de carga.
Esses sistemas utilizam feedback de sensores de carga para ajustar a saída de cada gerador em tempo real, mantendo o compartilhamento proporcional.

Métodos de distribuição de carga

Este artigo examina vários métodos de balanceamento de carga, incluindo operação paralela, controle de queda e compensação de corrente cruzada.

Operação paralela

A operação paralela permite que vários geradores CC shunt trabalhem juntos, compartilhando a carga total proporcionalmente com base em suas classificações e características. Os geradores podem contribuir com sua parcela de energia através de mecanismos apropriados de sincronização e controle, mantendo a estabilidade de tensão e frequência. Além disso, a operação paralela permite redundância e fornece energia de reserva em caso de falha do gerador ou necessidade de manutenção.

Controle de queda

O controle de queda é outra técnica eficaz de sombreamento de carga. A abertura paralela dos geradores regula a velocidade do gerador com base nas flutuações de carga, implementando características de queda. Isto faz com que o gerador ajuste sua saída para manter a relação de distribuição de carga desejada. O controle de queda permite melhor precisão e estabilidade de distribuição, evitando que um gerador carregue carga excessiva enquanto outros permanecem subutilizados.

Compensação de corrente cruzada

A compensação de corrente cruzada é uma técnica para equilibrar a distribuição de carga entre geradores shunt CC paralelos. Medindo as correntes de armadura de cada gerador e ajustando a excitação do campo, a compensação de corrente cruzada garante que a carga seja distribuída uniformemente, independentemente das características do gerador ou das flutuações de carga. Esta abordagem minimiza as correntes circulantes e evita desequilíbrios na distribuição de energia, resultando em melhor desempenho do sistema.

Entretanto, certos fatores devem ser levados em consideração na implementação de técnicas de balanceamento de carga. A sincronização do gerador, a regulação de tensão e frequência e os relés de proteção são aspectos críticos que requerem atenção cuidadosa. Além disso, manutenção adequada, inspeções e testes regulares são necessários para garantir o desempenho ideal dos geradores e do sistema de distribuição de carga.

Conclusão

Em resumo, o balanceamento de carga de geradores shunt CC é um requisito fundamental para uma distribuição de energia confiável e eficiente em diversas aplicações. Os sistemas de energia podem utilizar técnicas de operação paralela, controle de queda e compensação de corrente cruzada para obter equilíbrio de carga eficaz e melhorar a estabilidade, a confiabilidade e o desempenho. Ao compreender os princípios e considerações associados ao balanceamento de carga, engenheiros e operadores podem projetar e operar sistemas de energia que atendam às necessidades das redes elétricas modernas.