Mecanismos de Governo: Princípios de Funcionamento

Os mecanismos de governo utilizados nos geradores síncronos são: o regulador de ten- são e o regulador de velocidade. Nesta secção, descreve-se de forma mais detalhada o funcionamento de cada um destes dispositivos.

Cada gerador síncrono dispõe de um regulador de velocidade que actua directamente no sistema de geração. Este tipo de regulação é designada por controlo primário. Em

6 Controlo do Gerador Síncrono

Figura 6.11: Representação esquemática de um sistema de regulação de velocidade de um gerador isolado que alimenta uma carga.[17]

grandes sistemas de geração, constituídos por vários geradores existe ainda o controlo secundário, efectuado a partir de centros de controlo distantes da zona de geração.

A figura 6.11 representa esquematicamente o sistema de regulação de velocidade de um gerador isolado que alimenta uma carga local. Na figura é possível visualizar o sistema de geração, constituído por uma turbina conectada a um gerador, que por sua vez fornece energia eléctrica a uma rede. A velocidade de rotação deste conjunto é medida por sensores e enviada para um regulador. Por sua vez, este compara a velocidade de rotação do conjunto, com um valor de referência previamente estipulado. Comparando estes valores, o regulador actua sobre a válvula de admissão de fluido. Esta operação permite variar a potência mecânica fornecida pela turbina ao gerador.

Um regulador de velocidade clássico, é o desenvolvido por Watt para a máquina a vapor, ilustrado na figura 6.12. As duas massas metálicas ligadas por uma mola rodam com velocidade proporcional à do conjunto, devido à força centrífuga, afastando-se tanto mais quanto maior a velocidade. Assim, o ponto B converte num movimento linear vertical, a velocidade de rotação do conjunto.

Tendo em conta a aplicação do dispositivo, o movimento da válvula de admissão requer uma força elevada, razão pela qual é utilizado um amplificador hidráulico. A energia necessária é fornecida pelo óleo sob pressão que actua sobre o pistão.

Considere-se que inicialmente o gerador alimenta uma carga isolada, rodando à ve- locidade nominal. Se esta diminuir, os pontos B, C e D deslocam-se para cima. A deslocação do ponto D faz subir os dois pistões de pequena dimensão, permitindo a ad- missão do óleo sobre pressão na parte superior do pistão principal, empurrando-o para baixo. Nestas condições a válvula de admissão abre, facilitando a passagem de fluido, e consequentemente a potência gerada aumenta.

Se o gerador estiver ligado a uma rede de grande potência, cuja frequência é sensivel- mente constante e determina a velocidade de rotação, a posição do variador de velocidade corresponde de facto a uma referência de potência.

O regulador de tensão tem como principal objectivo manter a tensão aos terminais das cargas dentro de certos limites, a partir dos quais pode haver decréscimo acentuado de

6 Controlo do Gerador Síncrono

Figura 6.12: Regulador de velocidade desenvolvido por Watt para a máquina a vapor.[17]

Figura 6.13: Representação esquemática de um sistema de regulação de tensão de um gerador síncrono.[17]

desempenho e danos nos dispositivos. Estando o gerador ligado à rede, o regulador per- mite reduzir as perdas de potência reactiva, maximizando a capacidade de transferência de potência activa.

A figura 6.13, representa esquematicamente o sistema de regulação de tensão de um gerador síncrono. A tensão e a corrente de saída do gerador são medidas e enviadas para um regulador. Tal como na situação anterior, este compara as duas grandezas com valores de referência, enviando um comando ao sistema de excitação. Este sistema, que tem implícito o controlo do reóstato do circuito indutor, permite controlar a tensão.

Os tipos de sistemas de excitação são variados e têm evoluído ao longo do tempo. Em geradores de grande dimensão, é usual a utilização de excitatrizes. Nos últimos anos, a electrónica de potência tem demonstrado um papel de relevo no desenvolvimento desta área.[17, 19]

7 Ensaio Experimental do Sistema de

Aproveitamento Hídrico

O ensaio experimental do sistema de aproveitamento hídrico, tem por objectivo deter- minar a curva característica que relaciona o momento e a velocidade de rotação do eixo da turbina. Como a potência mecânica disponível no eixo da turbina é dada pelo mo- mento e pela velocidade de rotação, é ainda possível determinar a curva característica que relaciona a potência mecânica fornecida pelo dispositivo com a velocidade de rotação do mesmo.

A de fim de obter laboratorialmente os resultados pretendidos, realizou-se no Labo- ratório de Hidráulica da Universidade da Beira Interior, nos dias 28, 29 e 30 de Dezem- bro de 2008, uma instalação experimental da qual não foi possível obter a medição das grandezas. O impedimento foi causado pelas condições de funcionamento da instalação hidráulica do laboratório, que foram adaptadas para o efeito. Posteriormente, entre os dias 12 e 16 de Janeiro de 2009, realizou-se no Laboratório da Valcon, um ensaio exper- imental que surge como alternativa ao primeiro.

Os dois ensaios referidos, embora tenham o mesmo objectivo, têm procedimentos e características muito distintas. De modo geral, o ensaio a realizar na Valcon, por questões de versatilidade do banco de ensaios e de espaço, permite uma instalação experimental mais rápida e prática. Outro ponto relevante é a possibilidade de, para a mesma altura manométrica obter diferentes caudais, bastando para isso regular a abertura de uma válvula a jusante da turbina. A principal desvantagem prende-se com o facto de a pressão máxima possível neste laboratório gravítico ser de 1.2bar, valor baixo, quando comparado com a pressão máxima de 8bar possível no Laboratório de Hidráulica da Universidade da Beira Interior.

Do ensaio realizado na Valcon obtiveram-se os valores pretendidos, com base nos quais foi possível traçar as curvas características descritas.

7.1 Instalação Experimental

A válvula FLUCON 200 com turbina integrada ensaiada laboratorialmente, é ligeira- mente diferente do dispositivo que se pretende aplicar nas condutas, descrito na secção 2.3. No modelo laboratorial, a válvula não tem conjunto obturador nem regulador de velocidade. O que equivale a considerar que, num dispositivo completo, o conjunto ob- turador está totalmente aberto, permitindo a máxima passagem de fluido.

A potência mecânica disponível no eixo da turbina, é dada pelo momento e pela veloci- dade de rotação. Utilizando uma carga variável, que trava ou liberta o eixo da turbina, é possível controlar os dois parâmetros para obter diversos pontos de funcionamento.

7 Ensaio Experimental do Sistema de Aproveitamento Hídrico

Figura 7.1: Representação esquemática da instalação experimental do Laboratório de Hidráulica da Universidade da Beira Interior.

Note-se que, para um dado binário corresponde uma única velocidade de rotação e vice- versa, desta forma é possível caracterizar o comportamento da turbina. É associado a esta carga um dispositivo analógico de leitura do momento e da velocidade de rotação. Para fazer a ligação entre os eixos da turbina e da carga, é utilizado o acoplamento Huco Flex-P.

O eixo da válvula a ensaiar é ligado mecânicamente à carga regulável com o respectivo dispositivo de leitura, sendo a instalação comum aos dois ensaios. Tendo em conta as diferentes condições laboratoriais, a restante instalação é distinta. Desta forma, é necessário descrever cada uma delas separadamente.