O objectivo do aerogerador é converter a energia mecânica do vento em energia eléctrica. Neste exercício, vai estudar-se o gerador assíncrono de um aerogerador instalado no seio de um parque eólico de 7,5 MW de potência total. Os aerogeradores funcionam a velocidade constante, o gerador está lidado à rede. Vai determinar-se a potência, a velocidade de rotação do gerador e o seu esquema equivalente. Os aerogeradores estão equipados com multiplicadores.

Esquematicamente tem-se:

Admitem-se os seguintes dados:

V = 15 m/s, velocidade nominal do vento, admitida constante
N = 32,8 rpm, velocidade nominal da turbina do aerogerador
, massa volúmica do ar
Cp = 0,27, corficiente aerodinâmico
R = 21,7 m, raio das pás

Questão 1

Calcular a potência eléctrica à saída do gerador e a velocidade de rotação do gerador, sabendo que o multiplicador utilizado tem uma relação de 46,48 e um rendimento de 96% e que as pás da turbina rodam a 32,5 rpm. As perdas associadas ao gerador são desprezáveis.

Questão 2

Numa segunda fase, pretende determinar-se o esquema equivalente do gerador assíncrono. Admite-se que a hipótese de Kapp se verifica.

Esquema equivalente por fase da máquina assíncrona

A placa sinalética indica  (em funcionamento motor) : 4 pólos, tensão nominal entre fases: 660 V, corrente nominal: 760 A, ligação: estrela, frequência nominal: 50 Hz, potência : 790 kW (já tendo em conta as perdas eléctricas),  : 0,91, velocidade  : 1509 rpm.

Realizaram-se dois ensaios :

-Ensaio em vazio como motor:

Tensão	660,3 V
Corrente	209,4 A
Potência absorvida	11,17 kW

-Ensaio com o rotor bloqueado

Tensão	120,1 V
Corrente	980 A
Potência absorvida	25,6 kW

-Ensaio em corrente contínua

A resistência dos enrolamentos do estator entre dois terminais é de 5,63 m Ω.

Admite-se:

Perdas mecânicas :

- Através do ensaio em vazio:

Determinar as perdas de Joule do estator e do rotor bem como as perdas no ferro . Deduzir o valor da resistência e da reactância do esquema equivalente.

 

 

- Através do ensaio com o rotor bloqueado

Calcular a resistência rotórica e a reactância de fugas X referida ao estator.

 

 

Questão 3

Determinar o binário electromagnético no eixo da máquina assíncrona.

 

 

Questão 4

A máquina assíncrona consome potência reactiva. Para compensar este consumo de potência reactiva, a solução é instalar uma bateria de condensadores que forneçam: 125 kVAR a uma tensão nominal de 660 V. Calcular a capacidade do condensador equivalente .