Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giovano Mayer.pdf: 9964402 bytes, checksum: fa8e2023cd08bf7b10d7d806375b1277 (MD5) Previous issue date: 2012-12-10 / The use of alternative sources of energy requires electromechanical conversion equipments that exhibit low installation, operating and maintenance costs. In such way, small energy resources that are not connect to the power system (PS) can be benefited by the use of squirrel-cage induction generators (IG) which show such characteristics. When operating in an isolated mode, the IG is called SEIG - Self Excited Induction Generator, and in this configuration its self excitation is promoted through the connection of appropriate capacitors to the terminals of the machine stator. The existence of self-excitation in the IG depends on the value of the capacitor connected to the stator, the mechanical velocity and the load. This work aims to study the conditions of existence of self-excitation in induction generators having in mind applications in isolated generators systems. Towards this goal, initially the conditions for the existence of self-excitation are stated in terms of appropriate parameters, units and quantities, so as to highlight its relations with the operative characteristics of the machine. It is considered that the induction generator is connected to a load that contains both reactive and active components, parameterized in terms of its rated power. The self-excitation capacitors are represented by its reactive power, called self-excitation reactive power (PRAE). Self-excitation existence regions are defined which explicitate conditions for the existence and maintenance of self-excitation over, a region of operating conditions (OR) of the generator. Through the analysis of the existence of the self-excitation over the OR and the parameterization of the PRAE and the load in terms or rated power, procedures for SEIG design are established. With these procedures, the design of the SEIG is defined by the maximum load power, the worse load power factor condition, and the minimum self-excitation speed of the generator. The process of self-excitation of the generator and the design procedures are analyzed with the aid of dynamic simulations of the SEIG complete model, including the non linear model of the magnetizing inductance representing the magnetic saturation. A laboratorial bench was developed to allow studies with asynchronous generation, in particular with the SEIG. The parameters of the generator were identified experimentally and used all along the work, especially in the dynamic simulations showed. The results were also compared with experimental data collected from self-excitation tests performed with the developed laboratory bench. / A utilização de fontes alternativas de energia requer equipamentos de conversão eletromecânica que apresentem baixos custos de implantação, operação e manutenção. Desta forma, pequenos recursos energéticos não ligados ao sistema elétrico de potência (SEP) podem ser beneficiados pelo emprego do gerador de indução (GI) com rotor em gaiola, que apresenta tais características. Quando operado de forma isolada, o GI é denominado de SEIG Self Excited Induction Generator, e nesta configuração sua autoexcitação é promovida através do acoplamento de capacitores apropriados aos terminais do estator da máquina. A existência da autoexcitação no GI depende do valor do capacitor conectado ao estator, da velocidade mecânica e da carga. Este trabalho tem por objetivo estudar as condições de existência da autoexcitação em geradores de indução visando sua aplicação em sistemas isolados de geração. Neste sentido, inicialmente as condições de existência de autoexcitação são colocadas em termos de parâmetros, unidades e grandezas apropriadas, a fim de explicitar as relações com as características operativas da máquina. Também é considerado que o gerador de indução é acoplado a uma carga que contém componentes tanto ativos quanto reativos parametrizados em termos de potência. Os capacitores de autoexcitação são representados por sua potência reativa denominada de potência reativa de autoexcitação (PRAE). São definidas regiões de existência de autoexcitação explicitando condições para a existência e a manutenção da autoexcitação em torno de regiões operativas (RO) do gerador. Através da análise da existência da autoexcitação em torno da RO e da representação da PRAE e da carga em termos de potência, são estabelecidos procedimentos de projeto do SEIG. Com estes procedimentos, o dimensionamento do SEIG fica em função da carga máxima a ser acionada, da pior condição de fator de potência da mesma e da velocidade mínima de autoexcitação do gerador. O processo de autoexcitação do gerador e os procedimentos de projeto são analisados com o auxílio de simulações dinâmicas do modelo completo do SEIG, incluindo o modelo não linear da indutância de magnetização representando a saturação magnética. Uma bancada laboratorial foi desenvolvida para possibilitar estudos com geração assíncrona, em particular com o SEIG. Os parâmetros do gerador foram levantados experimentalmente e utilizados em todo o trabalho, inclusive nas simulações dinâmicas apresentadas. Os resultados foram confrontados também com dados experimentais de testes de autoexcitação obtidos com a bancada desenvolvida.