Tecnologia / Guia técnico
Geradores síncronos e de indução: campos, velocidade e escorregamento
A terminologia dos geradores eólicos descreve como a rotação mecânica interage com um campo magnético. Máquinas síncronas e de indução utilizam relações diferentes entre esse campo e o rotor. Nenhuma dessas denominações, por si só, estabelece a tensão nos terminais, as funções do conversor ou o arranjo elétrico completo.
Compare o movimento do rotor com o campo, e não com uma etiqueta de produto.
A velocidade síncrona corresponde a uma frequência elétrica do campo e a um número de polos definidos; o escorregamento de indução expressa o movimento relativo em relação a esse campo.
01 / Campo rotativo
Um padrão magnético e um rotor físico são distintos.
Um arranjo de enrolamento elétrico pode produzir um padrão de campo magnético rotativo.
Um arranjo de enrolamentos elétricos pode produzir um padrão magnético rotativo. Sua taxa de rotação mecânica depende da frequência elétrica e dos pares de polos. Um rotor físico pode acompanhar esse padrão de forma síncrona ou mover-se em relação a ele, dependendo da máquina e da condição de operação.
O campo do rotor de uma máquina síncrona pode ser produzido por ímãs permanentes ou por excitação elétrica. A construção com ímãs permanentes é uma das formas de máquina síncrona, e não a definição de todo gerador síncrono. As máquinas de indução produzem o comportamento elétrico do rotor por meio da interação com campos concatenados variáveis.
02 / Velocidade síncrona
Use pares de polos de forma consistente na relação de velocidade.
Para uma frequência do campo elétrico fe em hertz e p pares de polos, a velocidade mecânica síncrona é ns = 60fe/p rotações por minuto.
Para uma frequência do campo elétrico fe em hertz e p pares de polos, a velocidade síncrona mecânica é ns = 60fe/p rotações por minuto. Se for usado o total de polos P, a mesma relação é ns = 120fe/P. As duas contagens não devem ser confundidas.
A referência do DOE sobre geradores explica a relação entre frequência, velocidade de rotação e número de polos. Um campo hipotético de 40 Hz com dois pares de polos tem ns = 1,200 rpm. Esses valores presumidos não identificam nenhum número de polos, frequência elétrica ou velocidade de operação da MARSTON.
03 / Definição de escorregamento
A velocidade relativa é diferente do ângulo síncrono do rotor.
Usando a definição convencional para máquinas de indução, o escorregamento é s = (ns − nr)/ns, com a velocidade do rotor nr e ns não nulo expressos em unidades compatíveis.
Usando a definição convencional de máquina de indução, o escorregamento é s = (ns − nr)/ns, com a velocidade do rotor nr e ns não nulo expressos em unidades correspondentes. A velocidade de escorregamento é uma diferença de velocidades; o escorregamento em si é adimensional. A MathWorks distingue a velocidade elétrica do rotor da velocidade do campo síncrono em seu modelo.
No exemplo hipotético de um campo a 1,200 rpm, um rotor a 1,260 rpm resulta em s = −0.05. Este é um exemplo matemático de sinal. Já o ângulo de carga de uma máquina síncrona descreve uma relação angular com o campo; ele não é a variável adimensional de escorregamento de uma máquina de indução.
04 / Ação de indução
A interpretação como operação geradora exige um modelo de máquina declarado.
No modelo básico de indução com rotor em gaiola de esquilo, em regime permanente e com um campo do estator estabelecido, a rotação acima da velocidade síncrona corresponde à operação como gerador.
No modelo básico em regime permanente de uma máquina de indução com rotor em gaiola de esquilo e campo do estator estabelecido, a rotação acima da velocidade síncrona corresponde à operação como gerador. As correntes induzidas no rotor interagem com o campo, e o torque eletromagnético se opõe à rotação mecânica fornecida.
Essa interpretação exige a excitação magnética e o limite elétrico pressupostos pelo modelo. Configurações de indução com alimentação pelo rotor introduzem outro caminho elétrico e não devem ser reduzidas à mesma regra simples de velocidade. Um eixo em rotação, por si só, não estabelece a configuração completa de excitação ou de transferência de potência.
05 / Limite de conversão
A frequência da máquina não necessariamente corresponde à frequência de saída.
Se um gerador síncrono opera com uma velocidade mecânica variável, a frequência elétrica gerada varia de acordo com essa velocidade e o número de polos.
Se um gerador síncrono gira a uma velocidade mecânica variável, sua frequência elétrica gerada varia com essa velocidade e com o número de polos. Um estágio de conversão separado pode introduzir outro limite de frequência de saída; a arquitetura e as funções implementadas determinam essa relação.
A referência intitulada guia de frequência de saída trata da interface entregue, enquanto o guia de tensão terminal separa a indução interna das condições da porta elétrica sob carga. Nenhuma das duas variáveis elétricas pode ser determinada apenas pela velocidade síncrona.
06 / Escopo do produto
Restrinja a afirmação sobre a arquitetura ao modelo para o qual ela foi confirmada.
O FD14-50KW é confirmado como um gerador de acionamento direto, de ímãs permanentes e sem escovas.
O FD14-50KW é confirmado como um gerador de ímãs permanentes, sem escovas e de acionamento direto. Os tipos de gerador dos outros quatro modelos atuais não são inferidos a partir dessa confirmação. A orientação elétrica da nacele descreve o acionamento de orientação e não identifica a arquitetura eletromagnética da máquina geradora.
Esta explicação não fornece conversão de gerador, conexão de excitação, procedimento de sincronização nem faixa de velocidade aceita. Seus exemplos de velocidade e escorregamento esclarecem relações físicas; não são permissões de operação, desempenho medido nem evidência de qualquer capacidade implementada de um conversor.
Guias técnicos relacionados: Força eletromotriz interna do gerador, tensão nos terminais e resposta à carga · Desequilíbrio trifásico e componentes simétricas · Potência instantânea do conversor, armazenamento e dissipação.
Contexto geral: DOE: relação entre frequência do gerador, velocidade mecânica e número de polos · MathWorks: velocidade elétrica do rotor e modelo de velocidade de escorregamento de uma máquina de indução. Essas referências explicam conceitos do setor; elas são distintas dos documentos aplicáveis de produto e projeto da MARSTON.
Conceitos-chave e condições.
Interprete cada grandeza com sua referência, unidades e condições declaradas. Uma relação geral não estabelece um valor específico de um modelo.
| Conceito / grandeza | Significado / relação | Condições / limites |
|---|---|---|
| Número de polos | p pares de polos; P = 2p polos no total | A notação escolhida acompanha a fórmula. |
| Velocidade síncrona | ns = 60fe/p Em rpm | Campo girante e frequência definidos. |
| Velocidade do rotor | nr em rpm | O movimento físico difere do movimento do campo. |
| Escorregamento | (ns − nr)/ns | Unidades de velocidade compatíveis e ns diferente de zero. |
| Fronteira elétrica. | Terminais de máquina versus saída convertida. | A arquitetura, por si só, não determina a interface entregue. |
Questões de engenharia.
Todo gerador síncrono é um PMSG?
Não. Ímãs permanentes e excitação elétrica são formas diferentes de fornecer um campo ao rotor.
O escorregamento e o ângulo do rotor são a mesma grandeza?
Não. O escorregamento é uma diferença normalizada de velocidade; o ângulo do rotor descreve a posição em relação a uma referência.
O escorregamento negativo sempre caracteriza todos os arranjos de geradores de indução?
A interpretação simples se aplica ao modelo declarado de rotor em gaiola de esquilo com campo estabelecido; outros caminhos no rotor exigem um modelo próprio.
O exemplo de 1,200 rpm corresponde a dados do produto?
Não. Ele usa uma frequência de campo e um número de pares de polos presumidos.
A frequência elétrica do gerador é igual à frequência entregue (AC)?
Não necessariamente quando uma etapa de conversão separada define outro limite.
Todos os cinco equipamentos MARSTON foram identificados como PMSGs?
Não. Essa arquitetura é confirmada aqui apenas para o FD14-50KW.
Consulta técnica
Discuta a questão técnica.
A terminologia dos geradores eólicos descreve como a rotação mecânica interage com um campo magnético. Compartilhe o modelo e as informações aplicáveis de operação ou projeto para uma discussão de engenharia.