aula 22 050608
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Conversão Aula 22TRANSCRIPT
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Máquina Síncrona 3
Partes da máquina
Principio de funcionamento do gerador síncrono
Modelo elétrico
Regulação de tensão
Ensaios na máquina síncrona
Exercícios
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Partes da Máquina Síncrona 3 Estator parte fixa externa enrolamento de armadura
idêntico ao do motor de indução
Rotor parte móvel interna enrolamento de campo alimentado por corrente contínua por meio de escovas
Entreferro é o espaço entre o estator e rotor.
Ação geradora: onde se tem tensão 3 induzida.
Ação motora: onde se aplica tensão 3
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Máquina CC x Máquina CA
Máquina CC Máquina Síncrona
Rotor
Estator
Excitação do campo
enrolamento de armadura
enrolamento de campo
enrolamento de campo
enrolamento de armadura
excitação independente ou
auto excitado
excitação independente
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Máquina CC x Máquina CA
máquina cc máquina ca
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Principio de funcionamento do gerador síncrono
Enrolamento de campo alimentado por tensão contínua
Pólos norte e sul se definem no rotor da máquina
A máquina primária (exemplo: turbina) faz o rotor girar. As linhas de força cortam os enrolamentos do estator da máquina. Dessa forma surgem neles tensão induzida
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Tipos de rotores
Pólo salienteMuitos pólos
Velocidades médias ou baixas
Muito usado nas hidroelétricas pelo fato das turbinas operarem em baixa velocidade
Grande circunferência da armadura do estator
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Tipos de rotores
Pólo não-saliente (cilíndrico)2 ou 4 pólos
Alta velocidade
Usado nas usinas a vapor ou a gás
Pequena circunferência da armadura do estator
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Rotor saliente – UHE Tucuruí (PA)
81 rpm
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Circuito elétrico
A tensão gerada Eg é a tensão terminal disponível na saída da máquina quando o gerador está operando a vazio:
EgVa
Quando o gerador alimenta uma carga, Eg = Va?
Não, existem as quedas de tensão interna a máquina!
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Circuito elétrico Os enrolamentos de armadura possuem
resistência Ra
Quem sou eu?
Fluxo de dispersão
Como fica então o circuito elétrico do gerador síncrono?
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Circuito elétrico
O circuito elétrico do gerador síncrono por fase é dado por:
Eg Va
Em que:
Eg: tensão gerada internamente
Ia: corrente de armadura
Ra: resistência de armadura
Xs: Reatância síncrona (fluxo de dispersão e fluxo de magnetização)
Va: tensão de saída
Ra + j XsIa
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Circuito elétrico
O circuito elétrico do gerador síncrono por fase é dado por:
Eg Va
Eg = Va + Ia (Ra+j Xs)
Ra + j XsIa
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Circuito elétrico
Ligações dos enrolamentos do estator:Lembre que a máquina é 3, então .... Ra + j Xs
Eg Va
Ia
Ra + j Xs
Eg Va
Ia
Ra + j Xs
Eg Va
Ia
Os terminais podem ser ligados em Y ou em
Como resolve o circuito 3 ?
Monofásico equivalente
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Circuito elétrico Relação entre a corrente de armadura e a tensão nos terminais para diferentes tipos de carga
2-Carga com fator de potência em atraso (indutivo):Por definição: a corrente de fase da armadura Ia está ATRASADAATRASADA em relação a tensão nos terminais Va de um ângulo θ.
3-Carga com fator de potência em avanço (capacitivo):Por definição: a corrente de fase da armadura Ia está ADIANTADAADIANTADA em relação a tensão nos terminais Va de um ângulo θ.
1-Carga com fator de potência unitário (puramente resistivo):Por definição: a corrente de fase da armadura Ia está EM FASEEM FASE em relação a tensão nos terminais Va.
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Exercícios 1) (Kosow, pgs 173 e 174) Um gerador síncrono, ligação Y, de 1000kVA, 4600 V, tem uma resistência de armadura de 2 por fase e uma reatância síncrona de 20 por fase. Encontre a tensão gerada por fase, a plena carga para os seguintes fatores de potência:
a) Fator de potência unitário
b) Fator de potência 0,75 atrasado
c) Fator de potência 0,75 adiantado
Obs: Saiba que 4600 V é a tensão de linha disponível e que 1000kVA é a potência aparente 3!
Resp: 3840,67 /40,81º V/fase
Resp: 4820,27 /20,86º V/fase
Resp: 2366,46 /59,97º V/fase
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Regulação de Tensão Regulação de tensão de geradores síncronos para vários fatores de potência
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 50 100 150
FP unitário
FP em atraso
FP em avanço2655V
Corrente de armadura por fase (A)
Tens
ão g
erad
a po
r fas
e (V
)
Quanto tenho que gerar, para obter 2655 V?
V26553
4600
Obs: gráfico referente ao exercício 1
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0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 50 100 150
FP unitário
FP em atraso
FP em avanço
125 A
Regulação de Tensão Regulação de tensão de geradores síncronos para vários fatores de potência
2655V
Corrente de armadura por fase (A)
Tens
ão g
erad
a po
r fas
e (V
)
Obs: gráfico referente ao exercício 1
}Regulação de
tensão
%100
%100%0
V
VVRV
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Exercício
2655V
2) (Kosow, pgs 176) Usando os dados obtidos no exercício 1, calcule a regulação de tensão para cada situação.
Regulação de tensão
Fator de potência unitário
Fator de potência 0,75 atrasado
Fator de potência 0,75 adiantado
44,61 %
81,49 %
-10,89 %
Você concluiu que ....
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Máquina CC x Máquina CA
Regulação de tensão
Reação de armadura
Máquina CC Máquina CA
PobreBoa
Enrolamentos de compensação
Tentativas sem sucesso
Na prática, a regulação inerentemente pobre dos geradores síncronos é ignorada e em sua saída é mantido um valor constante de tensão através de
reguladores de tensão, que aumentam ou diminuem automaticamente a excitação do campo conforme varia a carga e o seu fator de potência.
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Eg Va
Ra + j XsIaComo se obtém as grandezas Ra e Xs ?
Ensaios de laboratório!
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Ensaios para obter Ra e Xs
Resistência de armadura: Ra
Ensaio com corrente contínua:
2xAVR cc
CCCA R)8,1a2,1(R
resistência efetiva da armadura por fase
Obs: Essa faixa de varição de 1,2 a 1,8 é dependente da freqüência, qualidade de isolamento, tamanho e capacidade do gerador.
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Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Ensaio de circuito aberto: Levantamento da curva de magnetização a vazio.
Procedimento: Um amperímetro CC é ligado ao circuito de campo, para que se leia a corrente de campo, e um voltímetro CA é ligado a quaisquer dois terminais do estator, para se ter a tensão de linha V. Faz-se um número suficiente de leituras, partindo de uma corrente de campo nula. A corrente de campo e a tensão gerada por fase são registradas e desenha-se a curva de magnetização.
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Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Ensaio de curto-circuito: Levantamento da curva de corrente de curtocircuito por fase
A3
AAAI 321a
Procedimento: Amperímetros CA são utilizados para a leitura das correntes de linha. Faz-se a leitura de pares de correntes: a corrente CC de campo versus a corrente CA da armadura em curto-circuito. Com esses pontos se constrói o gráfico.
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Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Gráficos obtidos nos dois ensaios:
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Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Comentários sobre o ensaio de curto:
A relação Ia x If é linear. A curto-circuito a tensão nos terminais é ZERO. Toda a tensão gerada Eg é empregada para equilibrar a queda na impedância síncrona interna, Ia Zs, por fase. Uma vez que Zs é quase constante para uma dada máquina, a corrente de curto-circuito varia diretamente proporcional à tensão gerada, e conseqüentemente a corrente de campo. Lembre que Eg = k n!
Eg
Ra + j XsIa
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Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Utilizando as duas curvas para calcular Xs:
para a mesma corrente de campo tenho:
a corrente nominal e uma tensão gerada a circuito aberto.
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Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Utilizando as duas curvas para calcular Xs:
Eg
Ra + j XsIa
Uma vez que a tensão nos terminais é ZERO, podemos escrever
a
gssag I
EZouZIE 2
a2ss RZX
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Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona não-saturada e saturada:
A reatância síncrona não-saturada obtida na parte linear da curva de magnetização corrente nominal
a
gNS I
EZ 2
a2NSNS RZX
A reatância síncrona saturada obtida na parte saturada da curva de magnetização tensão nominal
an
S IV
Z 2a
2SS RZX
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Exercício3) (Kosow, pgs 181) Dados: gerador síncrono 3, 100kVA, 1100 V, estrela.
Ensaio corrente contínua: V= 6V I=10 A (use 1,5 p/ calcular Ra)
Ensaio a vazio: If = 12,5A V = 420V
Ensaio de curto-circuito: If = 12,5A Ia = corrente nominal
Calcule Ra e XNS
Resp: Ra = 0,45 /fase XNS= 4,59/fase
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CuriosidadeOi! Meu nome é turbina Francis! Vou te contar
como eu cheguei aqui em Tucuruí, no Pará, a melhor
terra do mundo
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CuriosidadeNasci na fábrica da
Alstom, em Taubaté (SP).Dei o maior trabalho para ir de Taubaté até o porto de Santos! Veja o que foi
necessário:
Remover postes de luz;
Desligar o sistema elétrico e telefônico de bairros;
Retirar alambrados, placas, semáforos e passarelas.
Ninguém merece!
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CuriosidadeE mais ... a carreta que me
transportou ia numa velocidade de 5km/h. Do
porto de Santos fui de navio até Belém, e de lá de balsa até Tucuruí! Essa minha viagem levou 45 dias !!!!
Fonte: Revista Eletrobrás, ano 2, no 6, março 2006!
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Exercícios complementares
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Exercício4) (Apostila) Dados: gerador síncrono 3; 200 MVA; 15,8kV; estrela; 60 Hz.
Os valores medidos nos ensaios foram:
If(A) 0 150 300 450 600 750 900 1050 1200
CA(kV) 0 3,75 7,5 11,2 13,6 15 15,8 16,15 16,5
CC(kA) 0 1,4 2,8 4,2 5,6 7 8,4 9,8 11,2
Calcular a reatância síncrona não-saturada e saturada.
Resp: XNS = 1,237 Ω e XS = 1,085Ω
Obs: como nada foi comentado sobre Ra, faz-se Z=X
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Exercício5) (Apostila) Usando a reatância saturada calculada no exercício 6, encontre
a tensão gerada Eg por fase quando a máquina entrega potência nominal.
Eg = 14,46 /26,56º V
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Bibliografia
Máquinas Elétricas e Transformadores, I.L. Kosow, Sexta Edição Editora Globo S.A., 1972.