O que acontece na operação desequilibrada de um gerador síncrono? Quais são as suas consequências?

Passo 1

O enunciado pergunta o que ocorre quando um gerador síncrono opera em regime desequilibrado (isto é, quando as tensões ou correntes de fase não são iguais em magnitude e defasagem de 120^\circ). Para analisar isso, vamos usar o método de componentes simétricas e a física do eletromagnetismo aplicado ao gerador síncrono.

Passo 2

Em regime desequilibrado qualquer sistema trifásico pode ser decomposto em três conjuntos de componentes simétricas de sequência:
– Componente positiva, com corrente I_1, que gira no mesmo sentido e frequência do campo principal.
– Componente negativa, com corrente I_2, que gira em sentido oposto à componente positiva.
– Componente zero, com corrente I_0, que é um sistema de três fasores iguais em fase e magnitude.
Na prática, em um curto-circuito fase–fase ou fase–terra esses três fluxos são gerados no estator do gerador.

Passo 3

A componente negativa I_2 cria um campo girante contrário ao campo principal do rotor. Como resultado surge um torque pulsante de dupla frequência de rede 2\omega, gerando:
– Oscilações mecânicas no eixo (vibração torsional).
– Perdas adicionais por correntes de Foucault no rotor, devido à variação rápida de fluxo.
– Sobreaquecimento do circuito de campo, que não foi projetado para esse regime de frequência.

Passo 4

A componente zero I_0 só circula se houver caminho de retorno para a corrente de neutro (por exemplo, aterramento do neutro do estator). Ela induz:
– Fluxo estacionário triplamente harmônico no estator, provocando aquecimento localizado nos enrolamentos de fase e no sistema de aterramento.
– Potenciais de terra elevados, aumentando o risco de descargas e falhas de isolamento.

Passo 5

Além dos efeitos de aquecimento e vibração, o desequilíbrio acarreta:
– Queda de tensão desigual nos terminais de saída, prejudicando equipamentos ligados ao barramento.
– Aumento da distorção harmônica nas correntes e tensões, afetando a qualidade de energia.
– Risco de perda de sincronismo se o desequilíbrio for muito severo, pois o torque médio útil cai e os oscilações podem levar ao desarme de proteção.

Resposta

Em operação desequilibrada, o gerador apresenta correntes de sequência negativa e zero que criam campos girantes contrários e estacionários extras. Isso gera torque pulsante de 2\omega, vibrações, perdas por correntes de Foucault, sobreaquecimento do rotor, estator e sistema de neutro, além de queda de tensão desigual, distorções harmônicas e risco de perda de sincronismo.

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