Exercícios Resolvidos de Máquinas Elétricas Síncronas e Assíncronas

ALUNOA SAMARA RAFAELLA DE C CHAVES QUESTÃO 1 Um alternador de pequena potência 75 kVA380 Volt Y 60 Hz pólos lisos fator de potência 080 indutivo resistência de armadura 30 ohmfase foi submetido a ensaios de laboratório cujas características foram aproximadas pelas funções abaixo descritas Determinar a Os valores das reatâncias síncronas em ohmfase e em por unidade pu correspondentes aos estados não saturado e saturado aproximação da máquina b O valor da regulação do alternador referido ao estado não saturado bem como a corrente de curto circuito correspondente c O valor da corrente de excitação if associada à regulação Circuito Aberto trecho linear VCAif 1000 if Voltfase Circuito Aberto trecho não linear VCAif 4794 if 0364 if Voltfase Curto Circuito IaCCif 41666 if Ampèrefase 15 Pontos QUESTÃO 2 Admitir que o alternador referenciado na primeira questão funciona isoladamente e em regime permanente alimentando uma instalação industrial cuja carga é caracterizada por um fator de potência igual a 080 indutivo No caso determinar pelo método deo IEEE e para as condições nominais de operação a excitação sob carga e a regulação do alternador considerando que a queda de tensão na reatância de dispersão vale 254 Voltfase 25 Pontos QUESTÃO 3 Sob condições nominais um alternador em regime de sobreexcitação produz PNOM 080 pu e QNOM 060 pu interligado a um sistema de potência Admitindo que sejam observados os fatores limitantes ao seu funcionamento e que os valores de suas constantes sejam iguais a Xd 100 pu e Xq 065 pu determinar a O valor máximo dos reativos produzidos pela máquina QMAX segundo a condição acima citada b Os valores correspondentes para o fator de potência cosφ e corrente de armadura Ia da máquina ao produzir QNOM QMAX2 reativos para a mesma condição de regime anteriormente citada 20 Pontos QUESTÃO 4 Um motor assíncrono trifásico rotor em gaiola 60 cv 380 volt Y quatro pólos 60 Hz cujas perdas mecânicas e no ferro evoluem com a rotação segundo a expressão ΩΩs490747 watt aciona uma esteira transportadora numa instalação portuária Admita que você é oa engenheiroa da instalação e que munidoa tão somente de um amperímetro do tipo alicate e de um tacômetro determinou os valores da corrente absorvida pelo motor e de sua rotação para diferentes condições de carga conforme especificados na tabela abaixo Considerando que previamente o valor da resistência dos enrolamentos estátoricos foi medido R10071 ohmfase calcule os valores do fator de potência e do rendimento do motor correspondentes a cada condição de carga especificada 15 Pontos 60 CV 380 V 4 polos 60 Hz 736 W4CV QUESTÃO 5 Um motor assíncrono trifásico rotor em gaiola 60 cv 380 volt entre fasesY 60 Hz 1760 rpm categoria N foi submetido aos ensaios experimentais dos quais determinaramse suas constantes do circuito equivalente em ohm por fase referidas à frequência da alimentação resultando em R10071 R20058 X10096 X20140 e Xm7877 Considerando as perdas mecânicas e no ferro da máquina expressas em watt por Pmecfv 1s4907 determinar a O seu rendimento de plena carga b A relação entre o torque máximo e o torque de partida 25 Pontos 20142 QUESTÃO 1 Um alternador de pequena potência 75 kVA380 Volt Y 60 Hz pólos lisos fator de potência 080 indutivo resistência de armadura 30 ohmfase foi submetido a ensaios de laboratório cujas características foram aproximadas pelas funções abaixo descritas Determinar pelo método deo IEEE e para as condições nominais de operação a excitação sob carga e a régulação do alternador considerando que a queda de tensão na reatância de dispersão vale 254 Voltfase Circuito Aberto trecho linear VCAif 1000 if Voltfase Circuito Aberto trecho não linear VCA 4794 if 0364 if Voltfase Curto Circuito Iacc 41666 if Ampèrefase 30 P QUESTÃO 2 Um motor síncrono interligado a um sistema de potência em regime de sobreexcitação FP080 e Xs125 aciona uma carga mecânica sob condições nominais a qual exige torque constante em toda a faixa de operação Considerando que os limites de aquecimento para os circuitos de campo e de armadura correspondam a 20 e que o controle de reativos seja realizado pela excitação da máquina determinar a A tensão de excitação correspondente à capacidade máxima de reativos passível de ser liberada ao sistema pelo motor b A capacidade máxima de reativos passível de ser absorvida do sistema pelo motor c Os valores correspondentes do fator de potência e da corrente de armadura a esta condição de operação item b QUESTÃO 3 Um motor assíncrono trifásico rotor enrolado 50 cv 60 Hz quatro pólos 1741 rpm 380 Volt entre fases Y dissipa em perdas mecânicas e no ferro 343 watt à plena carga e evoluem com o quadrado da rotação a Admitindo que sua rotação a vazio é de 1795 rpm qual o valor da corrente absorvida da rede pela máquina b Qual a relação entre suas correntes de partida e de plena carga c Qual a relação entre os torques de partida e de plena carga OBS As constantes em ohmfase referidas à frequência do estator são r12139 x10840 r20966 x21119 e xm40110 QUESTÃO 4 Admitindo que por exigência da carga mecânica houvesse necessidade de que o torque máximo a ser desenvolvido pelo motor assíncrono referenciado na questão anterior QUESTÃO 3 se desse quando da partida da máquina qual o valor da resistência externa a ser especificada para inserção no seu circuito rotórico UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMÁTICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA MÁQUINAS ELÉTRICAS 201002 EXAME FINAL ALUNOA QUESTÃO 1 Admitir que para um mesmo estator de uma máquina síncrona onde são alocados os enrolamentos de armadura seja possível acoplar a cada vez rotores dos tipos liso ou saliente de construção mecânica compatível com o desempenho operacional da máquina No caso que considerações podem ser feitas ao se trocar um rotor por outro para funcionamento como gerador relativamente a a Força eletromotriz gerada componente ativa da potência e lugar geométrico para a excitação b Em face da normalização brasileira para as máquinas assíncronas de rotor em gaiola quais características construtivas e de funcionamento podem ser destacadas com relação aos motores das categorias H e D Para que tipos de cargas são especificados c Relativamente às condições de partida dos motores assíncronos qual a característica operacional comum aos implementos denominados chaves estrelatriângulo Y Δ compensadora e de partida suave softstarter Cite pelo menos uma vantagem e uma desvantagem quanto a especificação e uso de cada uma delas 25 Pontos QUESTÃO 2 Um alternador de pólos lisos de 150 kVA440 volt Y 60 Hz fator de potência 080 indutivo e resistência de armadura igual a um décimo 110 do valor de sua reatância síncrona não saturada foi adquirido por uma empresa para suprir parte de sua carga industrial Segundo dados adicionais em anexo determinar os valores correspondentes a excitação sob carga e regulação pelo método de o Potier para condições nominais de regime da máquina 25 pontos Alternador 150 kVA 440 volt Y 60 Hz A ensaio a vazio B ensaio Δ cos φ 0 Xm Tensão Rixe volt Excitação A QUESTAO 3 Uma máquina síncrona trifásica de pólos lisos 15 KVA 220 volt Y 60 Hz cos φ 080 possui uma reatância de valor não saturado igual a 310 Ωfase e opera originalmente como motor sobreexcitado Admitindo a possibilidade de uma sobrecarga em excitação de vinte por cento 20 do seu valor nominal a Determinar para pelo menos sete 07 pontos de operação distintos sua característica de excitação curva V correspondente a tres quartos 34 da potência nominal b Esboçar a característica correspondente 25 Pontos QUESTAO 4 Um motor de indução trifásico 50 cv 1739 rpm 380 volt entre fases Y 60 Hz possui as seguintes constantes em ohmfase referidas à frequência do estator rl2139 x10840 r20966 x21119 e xm40110 As perdas mecânicas e no ferro são iguais a 343 watt à plena carga e evoluem com o quadrado da rotação desde a partida No caso admitindo que sua rotação a vazio é de 1795 rpm qual o valor da corrente absorvida pela máquina Com base na sua corrente de plena carga IPC quais as relações percentuais correspondentes às correntes de magnetização IMAGIPC e de partida IPARTIPC da máquina 25 pontos QUESTÃO 5 Para o motor anteriormente referenciado determine os valores de eixo correspondentes aos torques de plena carga e máximo passíveis de serem desenvolvidos pela máquina assim como seu rendimento operacional em plena carga 25 pontos Tmax 3 2146² 21800 π 30 1205 205² 0934 1149² Tmax 6168 Nm UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E INFORMÁTICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA MÁQUINAS ELÉTRICAS 200801 EXAME FINAL ALUNOA Allan Sousa e Silva OBSERVAÇÃO As questões 2 4 e 6 são de RESOLUÇÃO OBRIGATÓRIA QUESTÃO 1 Um pequeno alternador didático de rotor saliente possui constantes de eixo direto e em quadratura assim como resistência de armadura por fase iguais a Xd 095 pu Xq 065 pu e R 010 pu respectivamente Sabendose que sua característica externa ou de carga para um fator de potência unitário pode ser explicitada como mostrado abaixo determinar o valor correspondente da sua corrente de curto circuito para esta condição de carga Vd4 ARdIa Vd3 6R2 2XqXd 2 El2Vd2 4FRdR2 XdXq 2RdIaElVd R2 Xd Xq2Ia 20 Pontos QUESTÃO 2 Sob condições nominais um alternador trifásico cuja resistência síncrona vale Xs12 pu encontrase operando numa usina de geração segundo um fator de potência igual a 080 indutivo A turbina hidráulica de acionamento a qual se encontra acoplado possui uma capacidade de conversão equivalente igual aos ativos máximos que o alternador é capaz de produzir Por outro lado após detecção de início de um processo degenerativo nos manuais da turbina sua capacidade de conversão foi alterada por medida de segurança para 70 da original No caso para a situação de contingenciamento referencial a Determinar os novos valores a serem assumidos para a excitação e corrente de armadura admitindo que a natureza da carga não foi alterada b Considerando o novo limite de operação da turbina determinar os novos valores a serem assumidos pelos reativos produzidos e pela corrente de armadura da máquina para que se restabeleça a excitação original 20 Pontos QUESTÃO 3 Uma máquina síncrona trifásica de pólos lisos 15 KVA 220 volts Y 60 Hz cosφ 080 possui uma resistência de valor não saturado igual a 310 Ωfase e opera originalmente como motor subexcitado Admitindo a possibilidade de uma sobrecarga em excitação de valor por volta 25 do seu valor nominal a Determinar para pelo menos sete 07 pontos de operação distintos sua característica de excitação curva v correspondente a sua quanta Qs da potência nominal b Elaborar a característica correspondente 20 Pontos QUESTÃO 4 Um alternador trifásico de pólos salientes 30 kVA 60 Hz 220 volt por fase funciona em regime permanente alimentando uma instalação industrial cuja carga é caracterizada por um fator de potência igual a 080 indutivo Os valores de suas resistência e reatâncias síncronas por fase valem respectivamente Ra015 Xd430 e Xq300 ohm Determinar a regulação do alternador pelo método de BLONDEL para condições normais de operação considerando que a queda de tensão na reatância de dispersão vale 40 volt por fase e que as características de magnetização a vazio trecho nãolinear assim como a reta de entreferro trecho linear em volt por fase possam ser aproximadas respectivamente por Vmagi f 49902 i f202 i f e Venti f 16424 i f 20 Pontos QUESTÃO 5 Com o objetivo de fazer a retomada de ar para a avicultura forçada num ambiente de fábrica previra a instalação de um exaustor industrial acionado por um motor de indução trifásico quatro pólos cuja relação entre os torque máximo e de partida é de aproximadamente 21 Através das informações do fabricante sabese que o exaustor possui uma característica TIan 2 m linear do tipo kur e que em regime permanente requer 40 Nm de movimento No caso admita que você seja um engenheiro recém contratado pela empresa e que lhe sejam colocadas pelos departamentos de engenharia e de compras da mesma as seguintes questões a Que estimativa pode ser feita a respeito dos torque máximo de partida e de plena carga da máquina elétrica b Qual a estimativa que pode ser feita da sua corrente de plena carga OBS Considere a tensão industrial igual a 380 volts entre fases valores típicos de rendimento e fator de potência da máquina iguais a 085 e do catálogo do fabricante de exaustores k 22105 x 103 Nmrads 20 Pontos QUESTÃO 6 Buscando avaliar o desempenho dos motores elétricos trifásicos produzidos pela indústria nacional a ELETROBRAS Centrais Elétricas Brasileiras SA através do PROCEL Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica contratou um estudo sobre o tema do qual foram retirados os quadros 01 e 02 abaixo para o motor de categoria N quatro pólos que absorve da rede 7460 watt fabricado por quatro empresas brasileiras A partir destas informações determinar os valores do torque no eixo e rotação correspondentes para a condição de plena carga relativos ao motor construído pelo fabricante assinalado no quadro 01 abaixo Quadro01 Rendimento Fabricante A 8113 B 8584 C 8203 D 8409 Quadro02 Perdas Vazio 34 Cobre ESTATOR 39 Cobre ROTOR 27 20 Pontos