síncrona s generalidades

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1 A máquina síncrona

2 A máquina m síncrona: s generalidades A máquina m síncrona s utiliza um estátor tor constituído por um enrolamento trifásico distribuído do a 120º idêntico à máquina assíncrona O rótor r pode ser de pólos p lisos ou de pólos p salientes O rótor r está formado por um enrolamento alimentado desde o exterior através s de escovas e anéis deslizantes mediante corrente continua Industrialmente é o gerador utilizado na maioria das centrais eléctricas: turboalternadores e grandes alternadores hidráulicos Como motor usa-se se principalmente quando a potência solicitada é muito elevada >1 MW

3 A máquina m síncrona: s generalidades Linhas de campo N Rótor liso Sentido das correntes no rótor S Rótor de pólos salientes N N S S levadas velocidades de rotação: turboalternadores Velocidades de rotação baixas

4 Motores síncronos Catálogos comerciais

5 Geradores síncronos L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas

6 Geradores síncronos L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas Mulukutla S. Sarma: lectric machines

7 Corte transversal de uma central hidráulica Rótor Mulukutla S. Sarma: lectric machines

8 Princípio de funcionamento: motor O RÓTOR R GIRA À MSMA VLOCIDAD QU O CAMPO: VLOCIDAD D SINCRONISMO N S f = 60 P Controlando a excitação (tensão de alimentação do rótor) consegue-se que a máquina trabalhe com qualquer factor de potência: POD ABSORVR OU FORNCR POTÊNCIA RACTIVA Q STÁTOR= nrolamento trifásico distribuído alimentado com sistema trifásico de tensões CAMPO MAGNÉTICO GIRANT RÓTOR= nrolamento alimentado com corrente contínua que cria um campo magnético fixo INTRACÇÃO RÓTOR - STÁTOR BINÁRIO MOTOR ROTAÇÃO DA MÁQUINAM

9 Princípio de funcionamento: gerador N f = P 60 P=PARS D PÓLOSP N=VLOCIDAD D ROTAÇÃO Para ligar o gerador a uma rede é necessário que rode à velocidade de sincronismo correspondente à frequência da dita rede Controlando a excitação (tensão de alimentação do rótor) consegue-se que a máquina trabalhe com qualquer factor de potência: POD ABSORVR OU FORNCR Q STÁTOR= enrolamento trifásico distribuído conectado à carga ou rede que se deseja alimentar RÓTOR= enrolamento alimentado com corrente contínua que cria um campo magnético fixo. Faz-se girar por um meio externo O campo criado pelo rótor, ao rodar, induz FM no estátor e, por tanto, faz circular corrente pela carga TRANSFORMAÇÃO D NRGIA MCÂNICA M NRGIA LÉCTRICA

10 Circuito equivalente (por fase) da máquina m síncronas I G Reactância síncrona jx s Resistência estátor tor R s A Reactância síncrona s = reactância dispersão estátor+efeito tor+efeito de reacção de induzido I M jx s R s A + V + V Funcionamento Funcionamento como gerador como motor B B A FM é proporcional à corrente de excitação do rótor. r No funcionamento como gerador representa a tensão que se induz no estátor. tor. No funcionamento como motor, representa a força contra- electromotriz que é necessário vencer para que circule a corrente que alimenta o motor

11 O gerador síncrono s em vazio I G Reactância síncrona jx s Resistência státor tor R s A 20 kv Tensão em vazio V + funcionamento como gerador B V Quando o gerador trabalha em vazio no háh queda de tensão: a tensão de salda coincide com a FM = K ϕ N FLUXO VLOCIDAD D ROTAÇÂO PROPORCIONAL A I XC 18kV 390MVA 3000RPM I exc

12 O gerador síncrono s em carga: reacção do induzido Quando o alternador trabalha em vazio o único fluxo existente é o produzido pela corrente contínua nua de excitação do rótorr Quando fornece corrente a uma carga, sta produz um campo magnético girante ao circular nos enrolamentos do estátor. tor. ste campo produz um binário oposto ao de rotação da máquina, sendo necessário contrabalança-lo lo com um aumento da potencia mecânica exterior. O fluxo total da máquina m ver-se se-á diminuído do ou aumentado dependendo da carga ser indutiva ou capacitiva ste efeito criado pelo campo do státor tor é conhecido pelo nome de reacção de induzido

13 O gerador síncrono s em carga I G + jx s R s funcionamento como gerador A B Carga PARA UMA MSMA TNSÃO D SAIDA O GRADOR POD FORNCR OU ABSORVR POTÊNCIA RACTIVA DPNDNDO DA CARGA SR INDUTIVA OU CAPACITIVA Para o conseguir basta modificar o valor de (modificando o campo de excitação) V Carga resistiva I U Carga Inductiva Indutiva U I I Carga capacitiva U jx s RI jx s RI jx s RI

14 O gerador síncrono s em carga: funcionamento isolado funcionamento ISOLADO O GRADOR ALIMNTA UMA CARGA D FORMA INDPNDNT Aumento da excitação Aumento da tensão de saída Aumento da potência mecânica Aumento da velocidade de rotação La tensão de alimentação puede variar O factor de potência da carga é fixo Aumento da frequência

15 O gerador síncrono s em carga: Ligação a rede de Potência Infinita LIGAÇÃO A RD D POTÊNCIA INFINITA O GRADOR STÁ LIGADO A OUTRA RD M QU ACTUAM OUTROS GRADORS: A SUA POTÊNCIA É MUITO PQUNA M COMPARAÇÃO COM O TOTAL DA RD Aumento da excitação Aumento da potência mecânica A tensão de alimentação STÁ FIXADA PLA RD Aumento da POTNCIA RACTIVA NTRGU Aumento da POTNCIA ACTIVA NTRGU A frequência STÁ FIXADA PLA RD

16 i A TNSÃO U STÁ FIXADA PLA RD ϕ U 3 jxi RI GRADOR SUBXCITADO RDUÇÃO DA POTÊNCIA RACTIVA FORNCIDA i SUBXCITAÇÃO U ϕ 3 NORMAL RI 1 α jxi 2 SOBRXCITAÇÃO GRADOR SOBRXCITADO i ϕ AUMNTO CORRNT AUMNTO DO ÂNGULO ϕ AUMNTO DA POTÊNCIA RACTIVA FORNCIDA U α RI jxi 2

17 Variação da velocidade nos motores síncronoss O motor síncrono s roda à velocidade de sincronismo 60*f/p CICLOCONVRSORS APLICAÇÕS D LVA- DA POTNCIA (>1 MW): GRANDS MÁQUINAS M (Sopradores, compressores, etc.) e PROPULSÃO LÉCTRICA INVRSORS Motores grande potência Motores baixa potência PARA VARIAR A VLOCIDAD É NCSSÁRIO VARIAR A FRQUÊNCIA D ALIMNTAÇÃO UTILIZAÇÃO D QUIPAMNTOS LCTRÓNICOS

18 Cicloconversores 6,6 kv/1 kv T1 T3 T5 T4 T6 T2 T4 T6 T2 T1 T3 T V 0 17 Hz 6,6 kv 50 Hz V R ,6 kv/1 kv T1 T3 T5 T4 T6 T2 MOTOR ASÍNCRONO V T T4 T6 T2 T1 T3 T5 6,6 kv/1 kv T1 T3 T5 T4 T6 T2 T4 T6 T2 T1 T3 T5 Devanado de excitación V A Cicloconversor fabricado por ABB para o controlo de motores síncronos s até 14 MW

19 Funcionamento do cicloconversor SISTMA D TNSÕS TRIFÁSICO QU ALIMNTA o CICLOCONVRSOR (Frequência de rede e amplitude constante) TNSÃO RSULTANT DA COMUTAÇÃO DO CICLOCONVRSOR (Frequência e amplitude variáveis) veis)

20 M/S FANTASY PROPULSÃO LÉCTRICA Catálogos comerciais Motores Central de Motores transversais geração transversais Tipo de propulsão: Diesel - eléctrica 4 Motores principais 2 Motores auxiliares Hélices de passo variável Motores: Central de geração: 4 Geradores síncronos de 10,3 MVA 2 Geradores síncronos de 6,8 MVA Tensão=6,6 kv Síncronos de duplo enrolamento controlados com cicloconversores 2 Motores principais de 14 MW refrigerados a água 6 Motores transversais de 1,5 MW