Máquinas Síncronas-2022 2

EXEMPLO 4-8 Um gerador síncrono de 480 V, 50 Hz, ligado em Y e de seis polos tem uma especificação nominal de 50 kVA, com FP 0,8 atrasado. Sua reatância síncrona é 1,0 Ω por fase. Assuma que esse gerador está ligado a uma turbina a vapor, capaz de fornecer até 45 kW. As perdas por atrito e ventilação são 1,5 kW e as perdas no núcleo são 1,0 kW. (a) Construa a curva de capacidade desse gerador, incluindo o limite de potência da máquina motriz. (b) Esse gerador fornecer uma corrente de linha de 56 A, com FP 0,7 atrasado? Por que sim ou por que não? (c) Qual é o valor máximo de potência reativa que esse gerador pode produzir? (d) Se o gerador fornecer 30 kW de potência ativa, qual será o valor máximo de potência reativa que pode ser fornecido simultaneamente? Motores síncronos Motores síncronos Excitatriz Armadura da excitatriz Retificador trifásico Máquina síncrona IF Campo principal Rotor Estator RF Campo da excitatriz Entrada trifásica (baixa corrente) Saída trifásica Armadura principal Brushless Excitation System N S Pilot Exciter Shaft NS Thyristor Rectifier Main Exciter Diode Rectifier Generator Output Voltage Excitatriz piloto Campo da excitatriz piloto Ímãs permanentes Excitatriz Armadura da excitatriz Retificador trifásico Gerador síncrono Campo principal Rotor Estator Armadura da excitatriz piloto Retificador trifásico RF Campo da excitatriz Saída trifásica Armadura principal I_{F} + V_{F} (CC) R_{aj} R_{F} L_{F} E_{A1} +jX_{S} R_{A} I_{A1} + V_{\phi1} E_{A2} +jX_{S} R_{A} I_{A2} + V_{\phi2} E_{A3} +jX_{S} R_{A} I_{A3} + V_{\phi3} Características do Circuito da Máquina Síncrona • Diagrama Fasorial; • Potência, Torque, estabilidade e perdas; • Característica Circuito Aberto; Tensão de terminal a vazio, V Corrente de campo, A 0 100 200 300 400 500 600 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Carregamento de um gerador isolado • Carregamento com excitação constante; • Carregamento com excitação controlada; Exercícios • Temos um gerador síncrono trifásico de 6 pólos com os seguintes dados: – Reatância síncrona: 0.1 Ω/fase; – Resistência de armadura: 0.015 Ω/fase; – Tensão nominal: 480 V, 60 Hz; – Perdas por atrito: 40 kW; – Perdas no núcleo: 30 kW; – Perdas no circuito de campo desprezíveis; – Curva de circuito aberto dada pela figura. Exercícios • Determine: – A velocidade de giro do gerador; – A corrente de campo que deve ser fornecida para obter tensão nominal em vazio; – Se gerador atende uma carga que solicitia 690 A, com fp. 0,8 at, qual a corrente de campo necessária para manter a tensão nominal nos terminais? – Qual é a potência e o torque solicitadas do acionamento primário? Qual a eficiência e regulação do gerador? – Repita o exercício para um f.p. adiantado. EXEMPLO 4-3 Um gerador síncrono de 480 V e 50 Hz, ligado em Y e de seis polos, tem uma reatância síncrona por fase de 1,0 ω. Sua corrente de armadura de plena carga é 60 A, com FP 0,8 atrasado. As perdas por atrito e ventilação desse gerador são 1,5 kW e as perdas no núcleo são 1,0 kW, para 60 Hz a plena carga. Como a resistência de armadura está sendo ignorada, assuma que as perdas I²R são desprezíveis. A corrente de campo foi ajustada de modo que a tensão de terminal seja 480 V a vazio. (a) Qual é a velocidade de rotação desse gerador? (b) Qual será a tensão de terminal desse gerador se o seguinte for verdadeiro? 1. Ele é carregado com a corrente nominal, sendo FP 0,8 atrasado. 2. Ele é carregado com a corrente nominal, sendo FP unitário. 3. Ele é carregado com a corrente nominal, sendo FP 0,8 adiantado. (c) Qual é a eficiência desse gerador (ignorando as perdas elétricas desconhecidas) quando ele está operando com a corrente nominal e FP 0,8 atrasado. (d) Quanto conjugado deve ser aplicado no eixo pela máquina motriz a plena carga? Qual é o valor do contraconjugado induzido? (e) Qual é a regulação de tensão desse gerador, com FP 0,8 atrasado? Com FP 1,0 (unitário)? Com FP 0,8 adiantado? Motores síncronos • Mecanismos de partida; – Motor auxiliar; – Controle de frequencia; – E. Amortecedor; Motores síncronos • Carregamento motor síncrono; • Característica de excitação do motor síncrono; Motores síncronos • Qual o papel do motor síncrono? Fornecendo potência reativa Q EA cos δ > Vφ Consuming potência reativa Q EA cos δ < Vφ Fornecendo potência P Gerador EA adiantada IA EA Vφ δ Consuming potência P Motor EA atrasada IA Vφ EA δ • Temos um motor síncrono 208 V, 60 Hz, 33,5 kW, fp. 0,8 ad. Sua reatância síncrona equivalente é de 0,83 Ω/fase e as suas perdas por atrito e ventilação são de 1,5 kW enquanto as perdas no núcleo são de 1,0 kW. Inicialmente, o motor está acionando uma carga de 11,19 kW e a excitação é ajustada para um f.p. de 0,8 ad. – Apresente um diagrama fasorial para este motor é determine o valor da corrente e tensão de armadura; – Como o motor se comportará se a carga for dobrada? – Como o motor se comportará se o fluxo produzido no circuito de campo for aumentado em 25%? Um motor síncrono de 230 V, 50 Hz e dois polos, usa 40 A da linha, com fator de potência unitário e plena carga. Assumindo que o motor não tenha perdas, responda às seguintes perguntas: (a) Qual é o conjugado de saída do motor? (b) Que deverá ser feito para mudar o fator de potência para 0,85 adiantado? Explique sua resposta, usando diagramas fasoriais. (c) Qual será o valor da corrente de linha se o fator de potência for ajustado para 0,85 adiantado? Um motor síncrono de 208 V, com fator de potência unitário e ligado em Y, consome 50 A de um sistema de potência de 208 V. Nessas condições, a corrente de campo que está circulando é 2,7 A. Sua reatância síncrona é 1,6 Ω. Assuma que a característica a vazio é linear. (a) Encontre Vφ e EA nessas condições. (b) Encontre o ângulo de conjugado δ. (c) Qual é o limite de potência de estabilidade estática nessas condições? (d) Quanta corrente de campo seria necessária para que o motor operasse com fator de potência 0,80 adiantado? (e) Qual é o novo ângulo de conjugado da parte (d)?