Conversão de Energia II

Transcrição

1 Departamento de Engenharia Elétrica Aula 6.3 Máquinas Síncronas Prof. João Américo Vilela

2 Máquina Síncrona Representação Fasorial Motor síncrono operando sobre-excitado E af > V t (elevada corrente de campo) Operando a vazio: - Pequeno ângulo de potência (δ) somente para que a corrente de fase I a seja suficiente para suprir as perdas. - A tensão V t (V a ) é fixa fornecida por uma fonte de alimentação do motor. P E af X V S a sen

3 Máquina Síncrona Representação Fasorial Quando uma grande carga mecânica é subitamente aplicada ao eixo do motor. A primeira reação é causar uma queda momentânea da velocidade, aumentando apreciavelmente o ângulo de potência e, desta forma, faz com que exista uma diferença de tensão fasorial entre V a e E af. O resultado é a circulação de uma corrente de armadura maior. Operando com carga: - Ângulo de potência (δ) aumenta para que a corrente de fase I a seja suficiente para suprir a potência requerida pela carga mecânica mais perdas. - O fator de potência na entrada do motor aumenta. - Considerar o motor conectado num barramento infinito V = constante e X = 0 (tensão constante em modulo e ângulo e impedância igual a zero).

4 Máquina Síncrona Controle do Fator de Potência Para uma potência mecânica desenvolvida fixa (ou carga), é possível ajustar a componente reativa da corrente solicitada da rede pela variação da corrente de campo cc. P E af X V S a sen P V a I a cos Com a carga fixa, a potência ativa na entrada do motor tem que ser constante, assim a componente I a.cos(θ) tem que ser constante. Para uma carga fixa, através da equação de fluxo de potência verifica-se que E af.sen(δ) tem que ser constate.

5 Máquina Síncrona Controle do Fator de Potência O aumento da corrente de campo, produz um aumento na tensão interna da máquina síncrona. I f 2 E L A corrente de campo interfere no fator de potência de entrada da máquina síncrona. e af af O motor síncrono não tem necessidade de solicitar corrente reativa sempre que: E af.cos(δ) = V a Contudo, solicita uma corrente reativa adiantada sempre que: E af.cos(δ) > V a Uma corrente reativa atrasada sempre que E af.cos(δ) < V a

6 Máquina Síncrona Variação de Carga Características de um motor síncrono Variação da carga conectada no eixo do motor. O aumento da carga provocando o aumento do ângulo de potência e assim, o aumento da potência ativa consumida pelo motor. Variação da corrente de campo e por conseqüência da tensão interna induzida no motor. A potência ativa consumida pelo motor permanece constante, mas seu fator de potência altera de forma significativa.

7 Máquina Síncrona Variação de Carga Características de um gerador síncrono operando conectado na rede Variação da potência que o gerador está fornecendo para a rede (barramento). O aumento do torque mecânica entregue ao gerador, provocando o aumento do ângulo de potência e assim, o aumento da potência ativa fornecida pelo gerador. Variação da corrente de campo e por conseqüência da tensão interna induzida no gerador. A potência ativa fornecida pelo gerador permanece constante, mas seu fator de potência altera de forma significativa.

8 Máquina Síncrona Variação de Carga Características de um gerador síncrono operando isolado As figuras abaixo apresentam o comportamento do gerador com o aumento de carga, mantendo constante a tensão interna E af (corrente de campo constante). As figuras apresentam o comportamento do gerador sobre-excitado com fator de potência indutivo, sub-excitado com característica capacitiva e com fator de potência unitário. Pequena redução da tensão terminal com o aumento da carga.

9 Máquina Síncrona Controle do Fator de Potência Curva V das máquinas síncronas Curva V do motor síncronas Curva V do gerador síncronas

10 Circuito Equivalente Máquina Síncrona Diagrama de fluxo de potência do motor síncrono; apenas potência ca

11 Fig. 1 Exercício A figura abaixo apresenta diagrama fasorial de uma máquina síncrona. Com base na figura marque com V as questões verdadeiras e com F as falsas: ( ) O diagrama fasorial da figura representa a operação de um motor síncrono; ( ) A máquina síncrona do diagrama fasorial abaixo apresenta fator de potência capacitiva para elevada corrente de campo e fator de potência indutiva para baixa corrente de campo

12 Exercício Com base nas figura abaixo demonstre de duas formas distintas que a potência ativa gerada ou absorvida pela máquina síncrona é constante para os diferentes valores de corrente de campo. Fig. 1

13 Exercício Um motor síncrono trifásico de 2000 Hp, 2300 V, fator de potência unitário, ligado em Y, 30 pólos e 60 Hz tem uma reatância síncrona de 1,95 Ω/fase. Nesse problema, todas as perdas podem ser desprezadas. a) Calcule a potência e conjugado máximo que esse motor poderá entregar se ele for alimentado com potência diretamente de um barramento infinito de 60 Hz e 2300 V. Suponha que a excitação de campo seja mantido constante com um valor tal que resulte um fator de potência unitário quando a carga é a nominal. b) Em vez de um barramento infinito da parte (a), suponha que o motor seja abastecido com potência a partir de um turbogerador trifásico, ligado em Y, 2300 V, 1500 kva, dois pólos e 3600 rpm cuja reatância síncrona seja 2,65 Ω/fasa. O gerador é acionado com a velocidade nominal e as excitações de campo, do gerador e do motor, são ajustadas de modo que o motor opere com fator de potência unitário e tensão terminal nominal à plena carga. Calcule a potência e o conjugado máximo, correspondente a esses valores de excitação de campo, que podem ser fornecidos.

14 Exercício Um motor síncrono trifásico de 2000 Hp, 2300 V, fator de potência unitário, ligado em Y, 30 pólos e 60 Hz tem uma reatância síncrona de 1,95 Ω/fase. Nesse problema, todas as perdas podem ser desprezadas e o motor está operando com potência de saída constante. Esse motor está sendo alimentado diretamente de um barramento infinito de 60 Hz e 2300 V. Supondo que o motor está operando com fator de potência unitário conforme a figura abaixo e com corrente de armadura de 350 A. Com base nessas informações calcule o valor de E af para que o motor passe a operar com fator de potência 0,9 capacitivo. Obs. 1HP = 746W. Fig.2 Ia VEQ jxs.ia Eaf