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No contexto de sistemas de Geração Distribuída, o uso de geradores de indução aumenta gradativamente com o avanço da tecnologia a eles utilizados. Estes geradores de indução são

Capítulo IV– A Influência de Variações de Freqüência no Sistema Elétrico

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utilizados em parques eólicas, pequenas centrais hidrelétricas e unidades rurais. De acordo com sua característica tem-se, as máquinas de indução com rotor em gaiola de esquilo e as máquinas de indução duplamente alimentada, sendo que o uso de geradores de indução duplamente alimentados vem aumentando devido à possibilidade de obter um melhor controle do fluxo de potência reativa com a rede, por sua vez apresenta uma configuração complexa comparada com a máquina de indução com rotor em gaiola de esquilo, portanto, com um custo maior. [45]. Na referência [67] têm-se uma síntese dos sistemas utilizados com gerador de indução, na seqüência tem-se a figura 22, representativa de cada modelo citado.

•Gerador de indução com compensação via banco de

capacitores: neste caso, utiliza-se um gerador de indução com rotor tipo

gaiola de esquilo e parte da potência reativa consumida pelo gerador é fornecida por um banco fixo de capacitores. Esta é a configuração mais simples e barata disponível no mercado. Vários parques eólicos em operação são baseados nesta tecnologia. Tais geradores também são classificados como de velocidade constante. Esta é uma das tecnologias que há mais tempo está sendo utilizada em sistemas de geração eólica conectados em redes de distribuição de energia elétrica.

•Gerador de indução com compensação via SVC ou

DSTATCOM: este caso é similar ao anterior. A diferença é que a

potência reativa consumida pelo gerador é fornecida dinamicamente por dispositivos baseados em eletrônica de potência. O SVC (Estatice Var Compensator) e o DSTATCOM (Distribution Estatice Synchro Synchronous Compensator) são os dispositivos mais comumente empregados neste caso.

•Gerador de indução com controle eletrônico da resistência

do rotor: neste caso, emprega-se um gerador de indução com o rotor

bobinado e parte dos reativos consumidos pelo gerador é fornecido por um banco fixo de capacitores. A velocidade do rotor do gerador é controlada através de uma resistência externa, a qual é variada utilizando- se um conversor estático. Desta forma, é possível variar a velocidade de operação do gerador em uma faixa de 10% em relação ao valor nominal. Por conseguinte, estes geradores são classificados como de velocidade parcialmente variável.

•Gerador de indução com dupla alimentação: neste caso, utiliza-se um gerador de indução com o rotor bobinado cujo rotor é alimentado através de dois conversores estáticos ligados back-to-back . Usualmente, a capacidade dos conversores é no máximo 25% da capacidade total do gerador. A velocidade do gerador é controlada variando-se a tensão aplicada no rotor. Por conseguinte, este tipo de gerador eólico é classificado como de velocidade variável.

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Figura 22: Principais tecnologias utilizadas para geração eólica em redes de distribuição.[67]

A figura 23 retirada da referência [45] representa a curva típica da característica de uma maquina de indução, onde tem-se do lado esquerdo o funcionamento como motor e do lado direito o gráfico representa a dinâmica de um gerador.

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Figura 23: Curva conjugado eletromagnético versus velocidade do rotor de uma máquina de indução.[45]

Para o estudo da operação de um gerador de indução utiliza-se apenas a região da curva em que o conjugado eletromagnético é negativo, conforme é apresentado na figura 24. Nesta curva, os valores de conjugado eletromagnético foram multiplicados por (-1) com o objetivo de facilitar a análise.

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Com base na figura acima tem-se que o conjugado mecânico Tm aplicado à máquina intercepta a curva de conjugado eletromagnético Te em dois pontos (A e B). Esses pontos correspondem aos pontos de equilíbrio que satisfazem a equação de equilíbrio eletromecânica dada por : [45]

) ( 2 1 Tm Te H dt r d − ⋅ ⋅ = ω (6) Onde;

H= Constate de tempo de inércia do conjunto gerador-turbina

r

ω

t= tempo expresso em segundos Tm=conjugado mecânico em pu Te= conjugado elétrico em pu

O ponto A é o ponto de equilíbrio estável de operação e o ponto B é o ponto de equilíbrio instável de operação. Assim, a velocidade do rotor em Ȧr é definido como velocidade de operação (ou velocidade inicial) e Ȧcr é definido como velocidade crítica.

Os cálculos realizados para determinar a potência ativa e reativa de um gerador de indução quando este estiver conectado ao sistema elétrico, são todos baseados na freqüência do sistema elétrico 60 Hz, sendo assim existe um ponto de trabalho dentro do gráfico apresentado, que corresponde a velocidade do rotor e ao conjugado eletromecânico Te, no caso de uma subfreqüência ou sobrefreqüência no sistema elétrico, o ponto de trabalho do gerador de indução será modificado, se porventura o gerador estiver trabalhando em um ponto quase critico, uma variação da freqüência da rede pode levar o gerador a instabilidade. Outro fator importante é funcionamento dos bancos de capacitores instalados nos geradores, a função crucial destes capacitores é o fornecimento de potência reativa para o funcionamento do gerador de indução, os seus valores de capacitâncias são calculados para uma freqüência de trabalho de 60 Hz, variações

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na freqüência do sistema levará os bancos de capacitores trabalharem fora da resposta esperada para o fornecimento de potência reativa.