Modelagem e Análise de Geradores Síncronos Utilizando o Método de Reconstrução do Campo

Abstract

Este trabalho descreve a modelagem de geradores síncronos utilizando o método de reconstrução do campo. Os conceitos do método são apresentados e a metodologia de modelagem é desenvolvida em conformidade com o tipo da máquina síncrona: rotor saliente ou rotor não-saliente. Os modelos obtidos são então utilizados como ferramenta de análise destas máquinas. Especificadamente, a distribuição da densidade de fluxo eletromagnético é determinada para condições arbitrárias de operação e a teoria do tensor de Maxwell aplicada para calcular as forças/torque. Além disso, o conceito do método de reconstrução do campo é utilizado para desenvolver uma formulação de reconstrução do fluxo, na qual o fluxo passando diretamente pelos dentes do estator é utilizado para estimar o fluxo concatenado pelas fases e, por conseguinte, a tensão gerada a vazio. A vantagem em se utilizar a modelagem proposta se deve à rápida e precisa estimação da distribuição do fluxo magnético no entreferro da máquina. Essa informação da assinatura do fluxo pode então ser utilizada em aplicações como análise de desempenho, otimização na distribuição do fluxo ou monitoramento desta distribuição para fins de diagnóstico. Os resultados de simulação utilizando os modelos obtidos foram comparados com a resposta do método dos elementos finitos dada pelo software MagNet e demonstram que o modelo de reconstrução de campo proporciona uma solução bastante precisa, com a vantagem de ser muito mais eficiente em termos computacionais.

This work describes the synchronous generators modeling using the field reconstruction method. The method concepts are presented and the modeling strategy is developed specifically according each machine type: salient or non-salient poles. The models are then used as a tool of machine analysis. Specifically, the overall air gap flux density distribution was determined for an arbitrary condition and further the Maxwell Stress Tensor was used to perform the forces/torque. Moreover, the concept of field reconstruction method (FRM) was used to develop a flux reconstruction formulation, in which the stator tooth flux was used to estimate the flux linkage and then the voltages under no-load condition. The advantage of the proposed model is due its fast and accurate response for machine air gap flux estimation. Simulation results using the developed models were compared to finite element (FE) solutions given by MagNet software and show that the field reconstruction method provides a very accurate solution with the advantage of high computational efficiency.