Mquinas Eltricas

Prof. Dr. Raphael AmaralUnidade III Mquinas Sncronas

Introduo Uma mquina sncrona aquela na qual uma

corrente alternada flui no enrolamento de armadura e uma excitao CC fornecida ao enrolamento de campo.

O enrolamento de armadura se localiza no estator e normalmente trifsico;

O enrolamento de campo est no rotor.

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Introduo Tipos de Mquinas sncronas

Cilndricas Turbogeradores

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Introduo Tipos de Mquinas sncronas

Plos Salientes Hidrogeradores e Motores

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Introduo Sistemas de excitao

Fornecido por anis coletores - Excitatriz Excitatrizes CA Retificadores

Retificadores a diodos; Retificadores de fase controlada (a tiristores).

Potncia de excitao 1 a 10% da potncia nominal da mquina

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Introduo Um gerador sncrono quando fornece

potncia a uma impedncia de carga est atuando como uma fonte de tenso cuja frequncia determinada pela velocidade do seu acionador mecnico primrio:

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2 60eP nf

Gerador Sncrono Amplitude da tenso gerada

Proporcional a corrente de campo e a frequnciaeltrica

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04 f fpico f

K NB I

g P

2 2P picoB l rP

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RMSa enr fase P e

PE K N f

Gerador Sncrono Na gerao

H interligao entre geradores Geradores colocados em paralelo

Frequncia do sistema Aparecimento de uma FMM girante na armadura Velocidade sncrona Da a importncia de manter a velocidade do rotor na

velocidade sncrona Considera-se o restante do sistema

Como barramento infinito Fonte de tenso e frequncia constantes

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Gerador Sncrono Caractersticas do comportamento da MS

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Gerador Sncrono Conjugado na gerao

Mquina primria Controle da quantidade de potncia mecnica

disponvel no eixo do gerador Conjugado eletromecnico contrabalana o conjugado

mecnico no eixo

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2 2 P f PfPT Fmm sen

Gerador Sncrono Conjugado na gerao

Dinmica Variao no conjugado mecnico Aumento do ngulo eletromagntico Contrabalano entre o conjugado eletromecnico e

mecnico Transitrio de ajustamento

Variao na velocidade mecnica Oscilao mecnica amortecida do rotor Podem ocorrer alteraes na densidade de fluxo

resultante e na amplitude da onde de FMM doenrolamento de campo

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Gerador Sncrono Caractersticas do conjugado da mquina

Quando o ngulo eletromagntico de 90 Valor mximo Conjugado mximo em sincronismo

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1) Aumento adicional de conjugadomecnico no ser contrabalanceadopelo aumento de conjugadoeletromagntico

2) Acelerao do rotor Perda desincronismo

2) Controla-se esse valor mximo deconjugado a partir da corrente deenrolamento ou do fluxo resultante deentreferro

Gerador Sncrono Caractersticas do conjugado da mquina

Esse aumento de corrente no ilimitado Limite da capacidade de refrigerao do enrolamento de

campo

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1) Aumento do fluxo resultante deentreferro Limite: Saturao do ferroda mquina

Motor Sncrono Caractersticas do conjugado da mquina

Aumento de conjugado de carga Alm do conjugado mximo de sincronismo

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1) Perda de sincronismo, e o rotordesacelera

2) Partida S h funo motor navelocidade sncrona

3) necessria uma tcnica de partida

Indutncias na Mquina Sncrona Mquina elementar de 2 plos

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a aa a ab b ac c af f

b ba a bb b bc c bf f

c ca a cb b cc c cf f

f fa a fb b fc c ff f

i i i ii i i ii i i ii i i i

Fluxos concatenados das fases dearmadura e do enrolamento de campo:

Indutncias na Mquina Sncrona Indutncia prpria do rotor

Indutncia prpria no apresenta variao com odeslocamento angular do rotor para um estatorcilndrico

Composta por: Componente fundamental espacial do fluxo no

entreferro Indutncia prpria do enrolamento decampo

Componente responsvel pelo fluxo dispersivo doenrolamento de campo Indutncia de disperso doenrolamento

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ff ff ffo flL L L

Indutncias na Mquina Sncrona Indutncia mtua entre estator e rotor

Indutncia mtua apresenta variao com odeslocamento angular do rotor

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cos2af fa af mPL

0m mt 02 2m eP Pt

0cos 2af fa af ePL t

Indutncias na Mquina Sncrona Indutncias do estator

Indutncia prpria do estator

Definies das componentes igual a definio realizadapara o enrolamento de campo

Fluxo mtuo depende exclusivamente Fluxo fundamental espacial do entreferro

Indutncia mtua entre enrolamentos do estator

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0aa bb cc aa aa alL L L

012ab ba ac ca bc cb aaL

Indutncias na Mquina Sncrona Indutncias do estator

Indutncia sncrona

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0 012a aa al a aa b c af fL L i L i i i 0a b ci i i

0 012a aa al a aa a af fL L i L i i 032a aa al a af fL L i i

032s aa al

L L L a s a af fL i i til definir a indutncia sncrona como:

Indutncias na Mquina Sncrona Circuito Equivalente

Tenso induzida no enrolamento de fase a

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02af af f e af f ed Pe i L I sen tdt a a

a a a a a s afd div R i R i L edt dt

2e af f

af

L IE

a a a s a afV R I jX I E

a s a af fL i i

Indutncias na Mquina Sncrona Circuito Equivalente

Como gerador

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2e af f

af

L IE

af a a s a aE R I jX I V

032s e s e al e aa

s al

X L L L

X X X

Reatncia de magnetizao efetiva doenrolamento de armadura

Indutncias na Mquina Sncrona Circuito Equivalente

Como gerador

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ER a tenso de entreferro Circuito equivalente monofsico, entre a linha eneutro de uma mquina trifsica que opera em condies de equilbrio trifsico

Exemplo 1

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Um motor sncrono trifsico de 60 Hz tem uma tenso de linha de 460 V nosterminais e uma corrente de terminal de 120 A com um fator de potncia de0,95 indutivo. A corrente de campo 47 A. A reatncia sncrona da mquina igual a 1,68 ohms. Suponha que a resistncia de armadura sejadesprezvel. (A) Calcule a tenso gerada Eaf, em V. (B) O valor de indutnciamtua Laf entre o campo e a armadura, e (C) a potncia de entrada do motorem KW e em HP.

Exemplo 1/a

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Um motor sncrono trifsico de 60 Hz tem uma tenso de linha de 460 V nosterminais e uma corrente de terminal de 120 A com um fator de potncia de0,95 indutivo. A corrente de campo 47 A. A reatncia sncrona da mquina igual a 1,68 ohms. Suponha que a resistncia de armadura sejadesprezvel. (A) Calcule a tenso gerada Eaf, em V. (B) O valor de indutnciamtua Laf entre o campo e a armadura, e (C) a potncia de entrada do motorem KW e em HP.

af a s aE V jX I 460 1,68 120 arccos 0,953afE j

265,6 1,68 120 18,2 278,8 43,4afE j

278,8afE V

Exemplo 1/b

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Um motor sncrono trifsico de 60 Hz tem uma tenso de linha de 460 V nosterminais e uma corrente de terminal de 120 A com um fator de potncia de0,95 indutivo. A corrente de campo 47 A. A reatncia sncrona da mquina igual a 1,68 ohms. Suponha que a resistncia de armadura sejadesprezvel. (A) Calcule a tenso gerada Eaf, em V. (B) O valor de indutnciamtua Laf entre o campo e a armadura, e (C) a potncia de entrada do motorem KW e em HP.

2 279 2 22,3120 47

afaf

e f

EL mH

I

Exemplo 1/c

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Um motor sncrono trifsico de 60 Hz tem uma tenso de linha de 460 V nosterminais e uma corrente de terminal de 120 A com um fator de potncia de0,95 indutivo. A corrente de campo 47 A. A reatncia sncrona da mquina igual a 1,68 ohms. Suponha que a resistncia de armadura sejadesprezvel. (A) Calcule a tenso gerada Eaf, em V. (B) O valor de indutnciamtua Laf entre o campo e a armadura, e (C) a potncia de entrada do motorem KW e em HP.

3 3 265,6 120 0,95 90,8 122a aP V I fp KW HP

Exerccio 1

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Supondo que a potncia de entrada e a tenso de terminal do motor doexerccio anterior, permaneam constantes. Calcule (A) o ngulo de fase datenso gerada e (B) a corrente de campo necessria para conseguir umfator de potncia unitrio nos terminais do motor. (20min)

Exerccio 1/a

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Supondo que a potncia de entrada e a tenso de terminal do motor doexerccio anterior, permaneam constantes. Calcule (A) o ngulo de fase datenso gerada e (B) a corrente de campo necessria para conseguir umfator de potncia unitrio nos terminais do motor.

90,8 1143 256,6a

KI A 460 1,68 114 328 35,83af

E j

328afE V 35,8

Exerccio 1/b

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Supondo que a potncia de entrada e a tenso de terminal do motor doexerccio anterior, permaneam constantes. Calcule (A) o ngulo de fase datenso gerada e (B) a corrente de campo necessria para conseguir umfator de potncia unitrio nos terminais do motor.

2 328 2 55,2120 0,0223

aff

e af

EI A

L