máquinas síncronas-aula 1
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maquinas sincronasTRANSCRIPT
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Mquinas Eltricas
Prof. Dr. Raphael AmaralUnidade III Mquinas Sncronas
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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:
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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
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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
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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
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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:
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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)
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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
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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