Máquinas síncronas Características de operação em regime permanente

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1 Faculdade Pitágoras de Betim Engenharia Elétrica / Controle e Automação Máquinas Elétricas II Máquinas síncronas Características de operação em regime permanente Curvas V Curva de capabilidade Condicionantes para paralelismo de geradores Professor: Marcelo Roger da Silva marcelo.roger@kroton.com.br 2016

2 1 Curvas V Definição É um conjunto de curvas características do plano I A x I F que indica os ajustes do fator de potência que a máquina síncrona desenvolve, admitindo-se tensão terminal e potência de saída constantes. Dado determinado valor de carregamento, observa-se que a corrente de armadura tem menor valor com fator de potência unitário, e aumenta conforme o fator de potência decresce.

3 1 Curvas V Exercício: Um motor de 150 CV está operando a plena carga, superexcitado com fator de potência 0,8. Com base na curva V do motor, determine: Motor 150 CV 380/220 V 94% a) A corrente de campo e de armadura nessas condições de operação; b) Por restrições operativas, a corrente de campo foi reduzida para 22 A, mantendo-se o motor com carregamento nominal. Com as alterações, determine a corrente de armadura, a característica do fator de potência e a condição de excitação do motor.

4 Definição e limites operativos Com base na curva de capabilidade pode-se definir como a máquina responde, com segurança, às alterações de carga que normalmente ocorrem no processo produtivo ou mesmo durante a operação do sistema elétrico. Definida pelos seguintes limites de operação: 1. Limite térmico de armadura: lugar geométrico da potência aparente da máquina em função da corrente de armadura (S = V T * I A ); 2. Limite térmico de campo (ou limite máximo de excitação): lugar geométrico da potência aparente da máquina em função da tensão interna (S = E F * V T / X S ); 3. Limite mínimo de excitação: de 5 a 10% da corrente de campo de placa, quando o ângulo de potência aproxima-se de 90 ; 4. Limite da máquina primária: aplicada a geradores, restringe em 90% a máxima potência que a máquina primária pode fornecer como fator de segurança para atender possíveis oscilações de carga do sistema; 5. Limite de estabilidade estática: margem de segurança do ângulo de potência, cujo valor é definido para evitar a perda de sincronismo.

5 Elaboração da curva de capabilidade Plano (P, Q) motor gerador

6 Elaboração da curva de capabilidade Plano (P, Q) Limite térmico de armadura S 1 = V T * I A gerador motor

7 Elaboração da curva de capabilidade Plano (P, Q) Limite térmico de armadura S 1 = V T * I A gerador Limite térmico de campo S 2 = E F * V T / X S. motor

8 Elaboração da curva de capabilidade Plano (P, Q) P Limite térmico de armadura S 1 = V T * I A Limite térmico de campo S 2 = E F * V T / X S Limite mínimo de excitação (5% a 10%) * S 2 gerador. motor Q

9 Elaboração da curva de capabilidade Plano (P, Q) 90% Limite térmico de armadura S 1 = V T * I A gerador Limite térmico de campo S 2 = E F * V T / X S Limite mínimo de excitação 5% * S 2 Limite da máquina primária G: P MAX = 90% * P MEC motor

10 Elaboração da curva de capabilidade Plano (P, Q) Limite térmico de armadura S 1 = V T * I A Limite térmico de campo S 2 = E F * V T / X S gerador. δ Limite mínimo de excitação 5% * S 2 Limite da máquina primária G: P MAX = 90% * P MEC motor Limite de estabilidade estática δ SEG <90

11 Elaboração da curva de capabilidade Plano (P, Q) Limite térmico de armadura S 1 = V T * I A Limite térmico de campo S 2 = E F * V T / X S Limite mínimo de excitação 5% * S 2 Limite da máquina primária G: P MAX = 90% * P MEC Limite de estabilidade estática δ SEG <90

12 Curva de capabilidade definida

13 3 - Paralelismo de geradores Condições para paralelismo de geradores Para se conectar ao BPI, um gerador deve estar em flutuação, ou seja, operando à vazio. O mesmo requisito deve ser observado para interligar dois ou mais geradores. Além disso, se for conectar dois ou mais geradores ao BPI, tal operação deve ser realizada sem que haja corrente circulando entre as máquinas. Para atender essa condição, as tensões geradas em cada máquina devem ser instantaneamente iguais e opostas. Tratando-se de sistema trifásico CA, para satisfazer essa condição, a tensão gerada pelo gerador que deseja-se acoplar ao BPI deve atender cinco condicionantes: a. Mesma forma de onda; b. Mesmo valor eficaz; c. Mesma sequência de fases; d. Frequência praticamente iguais; e. Ondas de tensão defasadas de zero (oposição de fases).

14 3 - Paralelismo de geradores Método do sincronoscópio O sincronoscópio é um aparelho análogo a um motor com rotor bobinado, cujo estator é alimentado com a tensão do BPI (frequência nominal) e o rotor com a tensão do gerador a ser acoplado. O indicador do instrumento gira com velocidade proporcional à frequência resultante. Se a frequência do estator (BPI) for maior que a frequência do rotor, então o rotor girará no sentido do campo do estator. Caso contrário o rotor girará em sentido contrário. Dessa forma, define-se se o gerador deverá ser acelerado ou retardado assim como o momento exato para fechamento (quando o indicador passa por zero). Parte-se da premissa que inicialmente foram confirmadas amplitudes iguais de tensões entre BPI e gerador.

15 3 - Paralelismo de geradores Método das lâmpadas Procedimentos: Ajusta-se a velocidade da máquina primária do gerador G2 em relação à do gerador G1 ou que corresponda à frequência elétrica do BPI; Ajusta-se a corrente de campo de G2 para produzir a mesma tensão nominal de G1; Lâmpadas são instaladasem série entre as fases dos dois geradores ou do gerador com BPI. As lâmpadas irão acender se tanto a tensão como a frequência forem diferentes de uma máquina para outra. Quando as frequências são idênticas e as tensões são diferentes as lâmpadas ficarão acessas firmemente. Um ajuste da corrente de campo da máquina a ser acoplada deve ser efetuado para tornar muito lenta a frequência em que as lâmpadas apagam e acendem. Quando as lâmpadas estiverem apagadas, a chave seccionadora de sincronismo poderá ser fechada, estabelecendo assim o paralelismo.

16 Referências bibliográficas: FITZGERALD, KINGSLEY, UMANS; Máquinas Elétricas. 6 ed. Porto Alegre: Bookman, 2006, p