Ao inundar a turbina hidráulica com energia potencial ou cinética, ela começa a girar. Se conectarmos um gerador à turbina, este poderá gerar eletricidade. Ao elevarmos o nível da água para inundar a turbina, a velocidade da mesma aumentará. Portanto, quanto maior a diferença de nível da água, maior a energia cinética obtida pela turbina e, consequentemente, maior a energia elétrica convertível. Este é o princípio básico da energia hidrelétrica.
O processo de conversão de energia é o seguinte: a energia potencial gravitacional da água a montante é convertida em energia cinética do fluxo de água. Quando a água flui através da turbina, a energia cinética é transferida para a turbina, que aciona o gerador para transformar a energia cinética em energia elétrica. Portanto, trata-se do processo de conversão de energia mecânica em energia elétrica.
Devido às diferentes condições naturais das usinas hidrelétricas, a capacidade e a velocidade das unidades geradoras variam amplamente. Geralmente, pequenas usinas hidrelétricas e geradores de alta velocidade acionados por turbinas de impulso adotam estruturas horizontais, enquanto geradores de grande e média velocidade geralmente adotam estruturas verticais. Como a maioria das usinas hidrelétricas está localizada longe das cidades, elas geralmente precisam fornecer energia às cargas por meio de longas linhas de transmissão. Portanto, o sistema elétrico impõe requisitos mais elevados para a estabilidade operacional dos geradores hidrelétricos: os parâmetros do motor precisam ser cuidadosamente selecionados; os requisitos para o momento de inércia do rotor são elevados. Consequentemente, a aparência do gerador hidrelétrico difere da de um gerador a vapor. Seu diâmetro de rotor é grande e seu comprimento é curto. O tempo necessário para partida e conexão à rede das unidades geradoras hidrelétricas é relativamente curto, e o despacho operacional é flexível. Além da geração de energia em geral, é particularmente adequado para unidades de corte de pico e unidades de reserva de emergência. A capacidade máxima das unidades geradoras de turbina a água atingiu 700.000 quilowatts.
Quanto ao princípio de funcionamento de um gerador, os conceitos básicos de física do ensino médio são bastante claros: seu princípio se baseia na lei da indução eletromagnética e na lei da força eletromagnética. Portanto, o princípio geral de sua construção consiste em utilizar materiais condutores e com condutividade magnética adequada para formar um circuito magnético e um circuito de indução eletromagnética mútua, gerando energia eletromagnética e, assim, realizando a conversão de energia.
O gerador de turbina hidráulica é acionado pela turbina hidráulica. Seu rotor é curto e espesso, o tempo necessário para a inicialização da unidade e conexão à rede é curto, e a operação é flexível. Além da geração de energia em geral, é particularmente adequado para unidades de redução de pico e unidades de reserva de emergência. A capacidade máxima das unidades geradoras de turbina hidráulica atingiu 800.000 quilowatts.
O gerador a diesel é acionado por um motor de combustão interna. É rápido de ligar e fácil de operar, mas seu custo de geração de energia é alto. É usado principalmente como fonte de energia de reserva em emergências ou em áreas onde a rede elétrica principal não chega, além de estações de energia móveis. A capacidade varia de alguns quilowatts a vários quilowatts. O torque de saída no eixo do motor a diesel está sujeito a pulsações periódicas, portanto, acidentes por ressonância e quebra do eixo devem ser evitados.
A velocidade do gerador hidrelétrico determina a frequência da corrente alternada gerada. Para garantir a estabilidade dessa frequência, a velocidade do rotor deve ser estabilizada. Para estabilizar a velocidade, a velocidade da turbina hidráulica pode ser controlada em um sistema de controle de malha fechada. O sinal de frequência da energia CA a ser emitida é amostrado e realimentado ao sistema de controle, que controla o ângulo de abertura e fechamento da pá guia da turbina hidráulica para controlar a potência de saída da turbina. Através do princípio de controle por realimentação, a velocidade do gerador pode ser estabilizada.
Data da publicação: 08/10/2022
