análise de ferramenta para simulação de geradores

ANÁLISE DE FERRAMENTA PARA SIMULAÇÃO DE GERADORES: UM
ESTUDO DE CASO ENTRE RESULTADOS DE SIMULAÇÃO E DE
CONSTRUÇÃO DE UM GERADOR SÍNCRONO DE 4 PÓLOS SALIENTES.
Daniel C. Oro1* Carlos R. da S. Filho2
Centro Universitário Tupy – UNISOCIESC –[email protected]*; [email protected]
INTRODUÇÃO
Os geradores síncronos trifásicos de polos salientes possuem suas características de projeto e
construção bem específicas. Para obter melhores resultados, a ferramenta de simulação
computacional torna-se necessária, pois assim a verificação das características construtivas e as
modificações de projeto para conseguir melhores resultados podem ser feitas antes da construção de
protótipos.
Com o intuito de obter ferramentas de simulação computacional para geradores síncronos de
polos salientes, faz-se necessário o estudo de modelos computacionais que apresentem resultados
compatíveis com os resultados obtidos de valores reais, validados e medidos. No sentido de validar as
informações obtidas na simulação, realiza-se o projeto e construção de um gerador síncrono
trifásico de 4 polos salientes (1).
Para verificar os resultados de simulação, busca-se comparar os valores RMS de tensão do
gerador. Assim, realizam-se medições no gerador onde os valores são aferidos e as informações são
apresentadas. Posteriormente, são acrescentadas as mesmas condições obtidas nas medições nas
simulações, para assim verificar os resultados alcançados na simulação estando de acordo com as
informações das medições. Após isso, realiza-se a comparação e discussão dos resultados para
assim apresentar uma possível validação da ferramenta de simulação.
PROJETO E CONSTRUÇÃO DO GERADOR
A construção do gerador utiliza o aproveitamento de peças de um motor. No projeto do
gerador utiliza-se uma metodologia para geradores de pequeno porte, onde determinam-se
principalmente as informações sobre o enrolamento de armadura, sobre o circuito de excitação e as
dimensões mecânicas do rotor. Além disso, durante o projeto é apresentado à base científica que
permite a simulação de geradores no software FEMM
alcançar os valores RMS de tensão (1).
(2)
e a formulação matemática utilizada para
Na construção e montagem do gerador, buscam-se principalmente determinar o enrolamento
de armadura, realizar a construção do rotor e circuito de excitação conforme projeto. Os processos
de montagem e construção foram realizados nos laboratórios da Unisociesc, onde a Figura 1
apresenta suas principais fases e a bancada de testes (1).
FIGURA 1 – CONSTRUÇÃO DO GERADOR
Fonte: Adaptado de (1)
MEDIÇÃO DO GERADOR
Com a montagem completa da bancada de testes do gerador, são realizadas as medições de
tensão no gerador. Utiliza-se um multímetro e um osciloscópio para verificar quais os valores de
tensão RMS obtidos com quatro valores de corrente de excitação. Serão realizados testes para
verificar valores RMS de tensão utilizando 4 situações diferentes, com correntes 7, 8, 9 e 10
amperes, sendo os resultados de tensão RMS apresentados para cada situação. Assim, será possível
obter uma maior confiabilidade nos valores obtidos e uma maior compreensão sobre o
comportamento deste gerador.
Sobre os resultados alcançados, é importante dar destaque a uma informação. Em todas as
medições, foi visualizado que existe uma faixa variação dos valores de tensão RMS. Isto pode ter
como causa variação na velocidade de rotação da máquina primária, um rotor de valores diferentes
de entreferro ou instrumentos de aferição não calibrados. A Tabela 1 apresenta os resultados de
tensão de fase aferidos nas 4 situações.
Tabela 1 – Valores RMS de tensão de fase obtidos nos testes do gerador
Corrente 7 Corrente 8 Corrente 9 Corrente 10
46,3
53,1
59,8
67,9
Osciloscópio
47,6
54,5
61,6
68,2
Multímetro
SIMULAÇÃO DO GERADOR
Para realizar a simulação do gerador obtido na construção, realiza-se o levantamento das
informações de forma que os dados acrescentados estejam de acordo com os obtidos na construção
e aferições do gerador.
Acrescentando as informações corretamente, realizam-se as simulações nas quatro situações
apresentadas e os valores RMS de tensão de fase simulada obtidas são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 – Valores RMS de tensão de fase obtidos nas simulações do gerador
Corrente 7 Corrente 8 Corrente 9 Corrente 10
46,0
54,6
59,4
68,4
Simulações
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após a realização das aferições e simulações do gerador, faz-se necessário a comparação e
análise dos resultados. As comparações serão apresentadas conforme as quatro diferentes correntes
de excitação. Em cada situação será comparado quanto o valor obtido na simulação (Tabela 2) se
aproxima dos valores obtidos com o multímetro e o osciloscópio (Tabela 1), visualizados na Figura
2.
FIGURA 2 – COMPARAÇÕES DOS RESULTADOS DE AFERIÇÃO E SIMULAÇÃO
A comparação dos valores com correntes de 7, 8 e 9 amperes apresenta resultados em uma
determinada faixa de valores, pois os valores simulados são próximos dos aferidos e a diferença
entre multímetro e osciloscópio se manteve constante, conforme visualização da Figura 2. Nestas
situações o gerador apresentou valores RMS de tensão em uma faixa de valores de relativamente
grande, dada principalmente pela geração de ruídos.
Na comparação com corrente de 10 amperes, os valores mostram uma diferença bem
pequena entre os valores simulados e os aferidos. Nesta medição, o comportamento do gerador
apresenta valores mais estáveis, não apresentando uma grande faixa e tendo uma menor geração de
ruídos.
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos na simulação de maneira geral são considerados satisfatórios, pois se
conseguem resultados condizentes com as situações observadas e alcançam-se valores simulados
próximos aos verificados nas medições.
Assim, nos resultados e discussões a principal característica visualizada é que o valor RMS
de tensão obtido na simulação se aproxima mais do resultado medido conforme existe uma menor
geração de ruídos e deformações na forma de onda. Dessa forma, conclui-se que a ferramenta de
simulação é válida, pois os resultados de simulação são compatíveis com valores reais de
construção, onde todas as informações são apresentadas e validadas nas condições de construção
deste gerador.
Deste modo, a ferramenta de simulação pode ser utilizada para verificação das
características construtivas e as modificações de projeto de geradores, onde seus resultados de
simulação possuem propriedades conhecidas e os valores obtidos poder ser conhecidos nas
condições de construção apresentadas.
REFERÊNCIAS
(1) ORO, D. C. Desenvolvimento e Validação de Metodologia para Simulação de Geradores
Síncronos de Polos Salientes com Software FEMM. 2014, 295p. Joinville: Unisociesc.
(2)
MEEKER,
D.
Manual
Finite
Element
http://www.femm.info/: (03Dec2006 Build), 2012.
Method
Magnetics,
Version
4.2.