Gerador Síncrono

2. MÁQUINAS SÍNCRONAS

• Tensão induzida

• Forma de onda senoidal

• Número de pólos

• Controle da tensão induzida

• Fases de um gerador síncrono

• Fasores das tensões

• Circuito elétrico equivalente

• Ensaio em vazio e em curto-circuito

Uso de máquinas de síncrona

O campo girante no entreferro e o rotor giram na mesma velocidade (síncrona);

Usado em situações que demandem velocidade constante com carga variável;

Independente da fonte primária e da capacidade, o gerador síncrono é usualmente o mais indicado.

Uso de máquinas de síncrona

Nonsalient polo rotor

Salient polo rotor

Uso de máquinas de síncrona

Uso de máquinas de síncrona

Uso de máquinas de síncrona

Uso de máquinas de síncrona

Uso de máquinas de síncrona (ITAIPU)

Características básicas de máquinas síncronas - estator

O enrolamento do estator (armadura) é trifásico e distribuído (igual ao da máquina de indução) e é ligado diretamente a uma fonte CA ou à carga;

Os enrolamentos da armadura são posicionados com diferença angular de 120o, de forma que as tens induzidas nos três enrolamentos serão defasadas de 120o;

Pode ser conectado em Y ou em D;

Características básicas de máquinas síncronas - estator

Estator

Características básicas de máquinas síncronas - rotor

O enrolamento de campo é posicionado no rotor e é alimentado por uma fonte CC através de escovas deslizantes sobre anéis coletores, que giram com o rotor;

A corrente CC (If) de campo produz campo magnético no entreferro. Quando o rotor gira, acionado por uma turbina, o enrolamento de armadura é concatenado por um campo girante, o qual induz uma tensão variável trifásica nos seus terminais.

Características básicas de máquinas síncronas - rotor

Características básicas de máquinas síncronas - estator

Rotor de pólos lisos

http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations

Características básicas de máquinas síncronas - estator

Rotor de pólos lisos

http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations

Características básicas de máquinas síncronas - estator

http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations

Tensão induzida no estator:

Características básicas de máquinas síncronas - estator

Tensão induzida no estator:

http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations

Características básicas de máquinas síncronas - estator

Esquema Equivalente:

Características básicas de máquinas síncronas

Máquinas com muitos pólos e baixa velocidade, em geral tem o rotor de pólos salientes;

- diâmetro grande

- comprimento pequeno

- eixo vertical

Máquinas com poucos pólos e alta velocidade, em geral tem o rotor cilíndrico;

- diâmetro pequeno

- comprimento grande

- eixo horizontal

Máquina síncrona trifásica – característica de magnetização

O campo girante no entreferro, produzido pelo rotor, induz tensão trifásica senoidal nos enrolamentos do estator;A velocidade do rotor e a frequência das tensões

induzidas são relacionadas por:

120 fnp

[rpm]

Máquina síncrona trifásica – característica de magnetização

max4,44. . . .rmswE f N k

A tensão eficaz induzida por fase Ef é dada por:

max

onde, é o fluxo por pólo

devido a corrente de campo I

é o fator de enrolamento, devido à disposição do enrolamento

é o número de espiras por fase

f

wk

N

Máquina síncrona trifásica – característica de magnetização

Campo magnético rotacional do rotor no enrolamento estacionário do estator

Máquina síncrona trifásica – característica de magnetização

Campo magnético no rotor

Máquina síncrona trifásica – característica de magnetização

tensão induzida é proporcional a velocidade da máquina e do fluxo de excitação.

E

If

OCC “característica de circuito aberto”

para n (rpm) constante

Linha de entreferro

Máquina síncrona trifásica – Circuito equivalente

Circuito equivalente completo.

Ia

VaEa

Ib

VbEb

IC

VCEC

RC

Rb

Ra

If

Rf

Lf

Rajust

jXs

jXs

jXs

Vf

Máquina síncrona trifásica – Tipos de ligação

tensão Ligação estrela e Ligação triângulo.

V 3.

IL f

L f

V

I

V

I 3.L f

L f

V

I

VL

Vf

IL

I f

Máquina síncrona trifásica – Circuito equivalente

Circuito equivalente por fase.

Ea

Ensaios para a obtenção de XsTeste com o estator em aberto: Ia=0; n=nsíncrona; Vt = Ea

Variando If e medindo E obtém-se a característica de magnetização da máquina;

A linha do airgap coincide com a curva de magnetização enquanto não houver saturação do núcleo;

OCC- característica de circuito aberto

Ea

Ensaios para a obtenção de XsTeste com o estator em aberto:

Ensaios para a obtenção de XsTeste de curto circuito:

Ia0; n=nsíncrona; Vt = 0

Variando If e medindo Ia obtém-se a característica de curto-circuito da máquina (SCC);

A característica Ia x If será linear, pois em curto consegue-se Ia nominal com reduzida excitação If;

Ensaios para a obtenção de XsTeste de curto circuito:

Análise da máquina em curto:

Obs:

→ Ra << Xs

0_ min 0_ min_I no al no al

a scca s s

E Ej

R jX X

Ia= ¿

Icc

E0

0_ min _I Ino al f a scc sE X Consultar gráficos dos ensaios

Operação do gerador síncrono em uma rede interligada

Geradores síncronos operando em paralelo.

Operação do gerador síncrono em uma rede interligada

Geradores síncronos operando em paralelo.

Parte Experimental

1. Ensaio em vazio – influência da corrente de excitação2. Influência da Velocidade – controle da frequência3. Característica de curto-circuito 4. Ensaio em carga