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Universidade Nova de · PDF file 6.4.1 –Simulação de Cálculo das Correntes de Curto-Circuito..... 89 6.5 - Ensaio em Curto-Circuito Assimétrico entre Fase e Neutro ..... 93 6.5.1

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  • Universid Faculdade

    Secção de Elect

    Máquina Síncron após Brusco Cu

    João Dissertação apresentada na Faculda de Lisboa para obtenção do grau Computadores.

    Orientador científico: Prof. Doutor Amadeu Leão Rodrigue

    ade Nova de Lisboa de Ciências e Tecnologia rotecnia e Máquinas Eléctricas

    a em Regime Transitório rto-Circuito no Estator

    por

    Leal Fernandes

    de de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de

    s

    Lisboa, 2006

  • i

    Agradecimentos

    Quero antes de mais expressar a minha gratidão ao Prof. Doutor Amadeu Leão

    Rodrigues pela disponibilidade demonstrada no decorrer do trabalho e todo apoio prestado. Agradecimento à minha empresa Delphi Automotive Systems – Portugal S.A., por me ter

    possibilitado a inscrição no Mestrado de Engenharia Electrotécnica e de Computadores ao abrigo do protocolo existente entre as duas instituições. De destacar ainda, o facto de a Delphi ter facilitado a utilização de instrumentação de medida, através da qual foi possível extrair os elementos fundamentais para a realização deste trabalho.

    Agradeço ao Departamento de Engenharia Electrotécnica da Faculdade de Ciências e

    Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa o facto de ter tido à disposição as excelentes condições do Laboratório de Máquinas Eléctricas que foram determinantes para a realização deste trabalho.

    Aos professores que me sensibilizaram para área de Máquinas Eléctricas, no decorrer dos

    meus estudos no Instituto Politécnico de Setúbal, Doutor Manuel Gaspar e Doutor Jorge Esteves.

    Finalmente quero agradecer à minha mulher que me soube transmitir uma palavra de

    força e coragem para ultrapassar algumas dificuldades encontradas durante o tempo de elaboração deste trabalho.

    J.L.F. – Máquina Síncrona em Regime Transitório 2006

  • ii

    Sumário Sumário em Português.

    A partir das equações de Park pretende-se modelar a máquina de rotor de pólos salientes com enrolamentos amortecedores e prever o seu funcionamento em regime transitório.

    A dissertação tem como objectivo estabelecer a teoria generalizada da máquina síncrona em regime transitório e proceder a ensaios laboratoriais a fim de obter as correntes de curto-circuito trifásico simétrico, difásico e fase-neutro. A partir destes ensaios é possível obter as constantes de tempo e reactâncias transitórias e subtransitórias do alternador, cujo conhecimento é importante para o dimensionamento dos disjuntores de protecção do alternador e toda a carga a jusante.

    J.L.F. – Máquina Síncrona em Regime Transitório 2006

  • iii

    Abstract

    From Park equations is intended to create the machine model of salient pole rotor with damping windings and to foresee its running in transitory regime.

    The objective of the dissertation is to establish the generalized theory of the synchronous machine in transitory regime and to perform the laboratorial experiments in order to get the short circuit symmetrical currents, phase to phase and phase to neutral. From these study it is possible to get the transitory time constants and transitory reactances of the machine.

    The knowledge of these constants is very important for the design of the protections of the alternator.

    J.L.F. – Máquina Síncrona em Regime Transitório 2006

  • iv

    Dedicatória

    Esta dissertação é dedicada à minha mulher e aos meus filhos, que ficaram privados da minha presença ao longo de muitas horas para que este trabalho pudesse ser uma realidade.

    J.L.F. – Máquina Síncrona em Regime Transitório 2006

  • v

    Simbologia e Notações Lista contendo símbolos e notações usados ao longo da dissertação.

    f - frequência da rede. [Hz] ar - Resistência de dispersão do estator (armadura). [Ω] fr - Resistência de dispersão do enrolamento do campo (rotor). [Ω]

    fu - Tensão de alimentação do enrolamento de campo. [V] kdr - Resistência do enrolamento amortecedor eixo directo. [Ω] kqr - Resistência do enrolamento amortecedor eixo quadratura. [Ω]

    fX - Reactância do enrolamento de campo [Ω] X - Reactância Síncrona [Ω]

    dX - Reactância Síncrona do enrolamento do eixo directo. [Ω] dX - Reactância Síncrona do enrolamento do eixo directo. [Ω]

    qX - Reactância Síncrona do enrolamento do eixo quadratura. [Ω]

    'dX - Reactância Transitória do enrolamento do eixo directo. [Ω]

    'qX - Reactância Transitória do enrolamento do eixo quadratura. [Ω]

    ''dX - Reactância Subtransitória do enrolamento do eixo directo. [Ω]

    '' qX - Reactância Subtransitória do enrolamento do eixo quadratura. [Ω]

    kdX - Reactância do enrolamento amortecedor eixo directo. [Ω]

    kqX - Reactância do enrolamento amortecedor eixo quadratura. [Ω]

    md mdX L= ω - Resistência de magnetização do eixo directo. [Ω]

    mq mqX X= ω

    - Resistência de magnetização do eixo quadratura. [Ω]

    f fX l= ω - Reactância de dispersão do campo (rotor). [Ω]

    kd kdX l= ω - Reactância de dispersão do enrolamento amortecedor directo. [Ω]

    kq kqX l= ω - Reactância de dispersão do enrolamento amortecedor quadratura. [Ω]

    X2 - Reactância de sequência negativa [Ω] X0 - Reactância de sequência zero [Ω]

    aT - Constante de tempo na armadura [s] '

    dT - Constante de tempo transitória do enrolamento do eixo directo em curto circuito.

    [s]

    ' d0T

    - Constante de tempo transitória do enrolamento do eixo directo em circuito aberto.

    [s]

    ' qT

    - Constante de tempo transitória do enrolamento do eixo quadratura em curto circuito.

    [s]

    ' q0T

    - Constante de tempo transitória do enrolamento do eixo quadratura em circuito aberto.

    [s]

    '' dT

    - Constante de tempo subtransitória do enrolamento do eixo directo em curto circuito.

    [s]

    J.L.F. – Máquina Síncrona em Regime Transitório 2006

  • vi

    '' d0T - Constante de tempo subtransitória do enrolamento do eixo directo em circuito aberto.

    [s]

    '' qT

    - Constante de tempo subtransitória do enrolamento do eixo quadratura em curto circuito.

    [s]

    '' 0qT

    - Constante de tempo subtransitória do enrolamento do eixo quadratura em circuito aberto.

    [s]

    kdT - Constante de tempo do enrolamento do eixo amortecedor eixo directo.

    [s]

    kqT - Constante de tempo do enrolamento do eixo amortecedor eixo quadratura.

    [s]

    '' dI

    - Corrente Subtransitória do eixo directo [A]

    ' dI - Corrente Transitória do eixo directo [A]

    dI - Corrente Síncrona do eixo directo [A] '' qI

    - Corrente Subtransitória do eixo quadratura [A]

    ' qI

    - Corrente Transitória do eixo quadratura [A]

    qI - Corrente Síncrona do eixo quadratura [A]

    nU - Tensão nominal de uma máquina. [V]

    nI - Corrente nominal de uma máquina. [A] P - Potência Activa de uma máquina. [W]

    excU - Tensão de excitação de uma máquina. [V]

    excI - Corrente de excitação de uma máquina. [A] cosϕ - Coeficiente de factor de potência.

    N - Velocidade de uma máquina em rotações por minuto. [rpm] f.m.m. - Força magneto-motriz [V] f.e.m. - Força electro-motriz [V] P - Permeância magnética [ -1Ω ] ϕ - Ângulo de desfasamento entre tensão e corrente [º] δ - Ângulo de carga de uma máquina [º] qL - Indutância do enrolamento do eixo quadratura [H]

    mdL - Indutância de magnetização do eixo directo [H]

    mqL - Indutância de magnetização do eixo quadratura [H]

    al - Indutância da armadura do estator [H]

    fL - Indutância do enrolamento de campo [H]

    kdL - Indutância do enrolamento amortecedor do eixo directo [H]

    kqL - Indutância do enrolamento amortecedor do eixo quadratura [H]

    Rφ - Fluxo magnético do rotor [Wb]

    J.L.F. – Máquina Síncrona em Regime Transitório 2006

  • vii

    Índice

    Pag. Capítulo 1 – Breve Descrição Máquina Síncrona Trifásica ......................... 1

    1.1 - Constituição da Máquina Síncrona Trifásica..................................................