Operação paralela de geradores DC – Sincronização de geradores

Operação Paralela de Geradores DC – Condição, Vantagens e Compartilhamento de Carga

Em uma rede de sistema de energia, a energia é fornecida por muitos geradores que estão conectados em uma rede interconectada. Em vez de usar um único gerador grande, muitos geradores CC ou CA pequenos são operados em paralelo.

Às vezes, os geradores CC são usados ​​como planta de backup. Em algumas condições, nem sempre é possível ter um gerador que atenda aos requisitos de carga. Assim, para atender a demanda de carga, mais de uma unidade de geradores CC são conectados em paralelo.

Atualmente, a operação paralela de geradores CC é amplamente utilizada na rede para obter as vantagens abaixo.

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Vantagens da operação paralela de geradores DC

As vantagens da operação paralela estão listadas abaixo.

Continuidade do Fornecimento

A continuidade do fornecimento é um requisito primordial. Se uma usina consiste em uma única unidade de um gerador, não é possível atender a esse requisito. Porque se uma única unidade do gerador está em manutenção ou com defeito, toda a usina para de atender a demanda de carga. Assim, se a usina usar um número maior de geradores em vez de uma única unidade, a usina pode ser usada de forma mais confiável. A maioria dos clientes (como um hospital, fábricas, etc.) precisava de uma fonte de alimentação ininterrupta.

Melhor eficiência

Em usinas de energia, os geradores são projetados para operar em plena carga. E obterá a máxima eficiência em plena carga. Mas a demanda de energia não é constante. Ela oscila entre a demanda de pico durante o dia e a demanda mínima durante o período noturno. Portanto, é econômico usar um gerador pequeno durante o período noturno e um gerador grande durante o dia. Se a demanda aumenta, ambos os geradores são conectados em paralelo para atender a alta demanda de forma eficiente.

Fácil de manter e reparar

O gerador requer manutenção periódica para longa vida útil e operação eficiente. Durante a manutenção, deve haver outro gerador para operar a carga. Portanto, é fácil manter os geradores. E também, se ocorrer uma avaria, levará tempo para voltar à operação. Nesta condição, outro gerador pode ser utilizado para atender a demanda de carga.

Flexibilidade

A conexão paralela dos geradores oferece maior flexibilidade em comparação com o gerador grande de unidade única. Vários pequenos geradores podem ser conectados entre si e estão localizados em locais diferentes. O único grande gerador precisava de mais espaço. Em vez disso, um número maior de geradores é instalado em diferentes locais.

Econômico

O custo da energia elétrica é reduzido se os geradores operarem sempre a plena carga. Quando a demanda de carga é alta, um número maior de geradores é conectado em paralelo. E quando a demanda de carga é baixa, um número menor de geradores é conectado em paralelo. Outros geradores permanecem em condição de espera. Portanto, todos os geradores estão operando em condições de plena carga, o que reduz o custo da energia elétrica.

Adições fáceis de fazer

A demanda de eletricidade aumenta a cada dia. Assim, ao construir uma usina, sempre mantenha lugares para futuras expansões. Em vez de construir uma usina inteira, é fácil adicionar mais geradores e conectá-los de maneira paralela para obter mais demanda de energia.

Devido a essas vantagens, a operação paralela do gerador é amplamente utilizada. Como sabemos, os geradores DC são classificados em três tipos;

• Gerador de derivação CC
• Gerador série DC
• Gerador composto DC

Existe uma diferença na conexão de armadura e enrolamento de campo em cada tipo de gerador. Portanto, aqui discutimos como conectar cada tipo de gerador em paralelo.

Operação paralela do gerador de derivação DC

Para conectar dois geradores em paralelo, seus terminais positivo e negativo devem ser conectados com os terminais positivo e negativo do barramento. O barramento é uma barra pesada de cobre e os terminais do barramento atuam como os terminais de uma usina inteira.

O diagrama de conexão do funcionamento em paralelo do gerador DC shunt é mostrado na figura abaixo.

Aqui, a armadura do gerador 1 é conectada através do barramento. E é usado para fornecer a carga. Agora, precisamos conectar o gerador 2 com este sistema. Para isso, precisamos conectar o gerador 2 com a mesma polaridade. Caso contrário, ocorrerá um grave curto-circuito que resultará em danos permanentes nos geradores.

Antes de conectar o gerador 2, a chave S está aberta. Um voltímetro é conectado através do switch. Primeiro, a armadura do gerador 2 é acelerada até a velocidade nominal do gerador. A excitação do gerador 2 é alterada até que o voltímetro mostre leitura zero. Quando mostra leitura zero, significa que a tensão do terminal é igual à tensão do barramento ou tensão do gerador 1.

Assim, após fechar a chave S, o gerador 2 é conectado em paralelo com o gerador 1. Mas o gerador 2 não está recebendo carga. Porque a EMF induzida do gerador 2 é a mesma que a tensão do barramento. Portanto, não há corrente para fluir na mesma diferença de potencial. Nesta condição, o gerador 2 é conhecido como gerador flutuante no sistema.

A EMF induzida do gerador 2 deve ser maior que a tensão do barramento. Nesta condição, o gerador 2 entrega a carga. A corrente fornecida pelo gerador 2 é;

Onde,

• R_a =Resistência do circuito de armadura
• E =CEM induzida
• V =Tensão do barramento

A EMF induzida de um novo gerador pode ser controlada controlando o campo. E controlando a EMF induzida, podemos controlar a parcela da carga.

Operação paralela do gerador de compostos DC

O diagrama de conexão de dois geradores compostos conectados em paralelo é mostrado na figura abaixo.

O gerador composto tem características crescentes. Assim, com a ausência de quaisquer dispositivos corretivos, a operação paralela de geradores compostos DC é instável. No momento da partida, cada gerador recebe a mesma parte da carga. Por algum motivo, se a corrente passar pelo enrolamento de campo em série do gerador-1 aumenta, o que fortalece ainda mais seu campo. Isso resulta no aumento de sua EMF gerada e leva mais carga.

Nesta operação, assumimos que a carga é constante. Assim, a parcela da carga do gerador-2 é reduzida e enfraquecendo seu campo em série. Isso resulta na queda de sua carga. Este efeito é cumulativo Após algum tempo, o gerador-1 recebe toda a carga. E o gerador-2 funciona como motor. Nesta condição, o disjuntor de qualquer gerador irá desarmar e interromper esta operação.

Para tornar esta operação estável, precisamos usar qualquer dispositivo corretivo com este sistema. Nesta operação em paralelo, a barra equalizadora é conectada à extremidade da armadura dos enrolamentos em série. A barra equalizadora é um condutor de baixa resistência. Ele é usado para tornar estável a operação de geradores de sobrecompostos e de compostos de nível.

Por exemplo, o gerador-1 começa a receber mais parte da carga. E sua corrente de campo em série aumenta. Agora, essa corrente aumentada passa pelo enrolamento de campo em série do gerador-1 e passa parcialmente pelo enrolamento de campo em série do gerador-2. Portanto, ambos os geradores são afetados da mesma maneira. Desta forma, o gerador-1 não pode receber uma carga inteira e o gerador-2 não pode estar descarregando toda a sua carga.

Para manter uma operação paralela adequada e uma divisão igual da carga, a regulação de ambos os geradores deve ser a mesma e a resistência de campo série deve ser inversamente proporcional às classificações do gerador.

Operação paralela do gerador da série DC

O diagrama de conexão do funcionamento em paralelo de dois geradores da série CC é mostrado na figura abaixo.

Aqui, consideramos que ambos os geradores são idênticos e recebem a mesma parcela da carga. Mas por qualquer motivo, a EMF induzida do gerador-1 é aumentada (E1> E2). Nesta condição, a corrente do gerador I1 é maior que I2. Isso resulta no fortalecimento do campo série do gerador-1. E o enfraquecimento do campo série do gerador-2.

Este é um processo cumulativo. Assim, no final, toda a carga será tomada pelo gerador-1 e o gerador-2 funciona como motor. Semelhante ao motor composto, este problema será resolvido usando uma barra equalizadora. E devido a isso, duas máquinas passam correntes aproximadamente iguais para a carga.

Compartilhamento de carga do gerador de DC

O gerador de derivação DC tem características de queda ligeiramente. Portanto, é o gerador mais adequado para operação paralela estável. Se um gerador recebe mais ou menos carga, devido à sua tendência de restaurar a divisão original de carga, ambos os geradores assumem imediatamente o compartilhamento de carga adequado.

Em uma condição de falha, um gerador está fora de serviço e seu campo está enfraquecido. Nesta condição, o campo em série de outro gerador é aumentado. Assim, o disjuntor está aberto e o gerador defeituoso é removido do sistema. Este método de remoção e conexão do gerador torna o sistema confiável e ajuda a evitar choques e perturbações repentinas do motor primário, bem como no sistema.

A característica de tensão do gerador shunt é mostrada na figura abaixo.

Da característica acima, para a mesma tensão terminal V, o gerador-1 fornece corrente I1 e o gerador-2 fornece corrente I2. O gerador-1 tem mais características de queda e fornece menos corrente. Ambos os geradores dividirão a carga igualmente em todos os pontos se suas características forem semelhantes e tiverem a mesma queda de tensão de sem carga para plena carga.

Se dois geradores de diferentes potências em kVA estiverem conectados em paralelo, a carga é compartilhada de acordo com suas potências. Suas características externas plotadas em termos de porcentagem de corrente a plena carga devem ser idênticas conforme mostrado na figura abaixo.

Por exemplo, um gerador de 100 kVA e outro gerador de 200 kVA são conectados em paralelo com uma carga de 240 kW. Nesta condição, o primeiro gerador compartilhará 80 kW e o segundo gerador compartilhará 160 kW.

A característica combinada de operação pode ser traçada se conhecermos a característica individual de cada gerador. As correntes fornecidas por cada gerador podem ser encontradas na figura a seguir.

Os resultados acima podem ser encontrados por cálculo simples em vez de representação gráfica se o gerador tiver uma linha reta. Agora, calculamos a porção de compartilhamento de carga que tem tensão sem carga desigual.

• E₁ , E₂ =Tensão sem carga de dois geradores
• R₂ , R₂ =Resistência da armadura
• V =tensão terminal comum

A partir da equação acima, podemos ver que a tensão do barramento pode ser mantida constante aumentando Φ₂ ou N₂ ou reduzindo N₁ ou Φ1. N₂ e N₁ são alterados alterando a velocidade dos motores de acionamento e Φ₁ e Φ₂ pode ser controlado usando resistências de campo de derivação.