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Como funciona o gerador assíncrono?

O gerador assíncrono também é chamado de gerador de indução. É usado em pequenas usinas hidrelétricas e turbinas eólicas.

É recomendável que leia o post sobre o motor de indução antes de continuar.

Motor de induçãoClique aqui

Como funciona?

O rotor do gerador assíncrono deve girar mais rápido que a velocidade síncrona n_{S}, esta é a velocidade do campo magnético girante. Depende da frequência de operação f e do número de polos P.

n_{S}=\frac{120\cdot f}{P}

Ao contrário do motor de indução, onde a velocidade síncrona é maior que do rotor. A seguir, a fórmula do escorregamento s, onde n_{R} é a velocidade do rotor.

s=\frac{n_{S}-n_{R}}{n_{S}}

Se a máquina atingir a velocidade síncrona, o escorregamento será zero e não haverá torque, porque o campo magnético será constante em relação ao rotor. A máquina assíncrona funciona como gerador se o escorregamento for abaixo de zero, funciona como motor de indução se s for entre 0 e 1.

gráfico do torque x velocidade

No modo de gerador, o torque eletromagnético é negativo porque fica na direção contrária ao torque da máquina primária. O rotor do gerador assíncrono pode ser de gaiola de esquilo ou bobinado com anéis de deslizamento.

Gaiola de esquilo acima e rotor bobinado abaixo.

Em um rotor bobinado, os anéis podem ser ligados a resistores externos variáveis para controlar a corrente no rotor.


A frequência e a amplitude do gerador assíncrono dependem muito da carga. Para integrar à rede, alguns sistemas de geração usam um conversor de potência para manter a frequência e a tensão do gerador nos valores desejados.

Conversor de potência em turbina eólica

Partida no gerador assíncrono

Para gerar energia elétrica, precisa produzir tensão induzida nas bobinas do estator. Como converter a energia mecânica em elétrica? Para dar a partida no gerador assíncrono, é necessário obter potência reativa da rede para formar o campo girante. Este campo faz o rotor girar como no motor. Por estar ligado a uma máquina primária, a velocidade do rotor deve ser maior que a do campo girante para gerar potência ativa. E se o gerador for isolado da rede? Um gerador autoexcitado possui um banco de capacitores em configuração delta para fornecer potência reativa.

Gerador assíncrono com banco de capacitores

Como os capacitores dão a partida? Inicialmente, a máquina precisa ser operada como motor para produzir um fluxo residual no núcleo do rotor. Este fluxo gera uma voltagem (a) muito pequena no estator. O banco de capacitores recebe esta pequena tensão (a) e descarrega uma corrente (b) nos enrolamentos do estator. Esta corrente aumenta o fluxo residual que aumenta a tensão no gerador para (c), que gera a corrente (d) vinda do banco para o gerador obter a tensão (e). Criando um processo cumulativo até atingir a saturação.

Gráfico de excitação do gerador assíncrono
Este é o gráfico da tensão terminal (Vt) em função da corrente do capacitor (Im). Com a linha reta de carga do capacitor e a curva de magnetização.

 

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1 thought on “Como funciona o gerador assíncrono?

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