Departamento de Engenharia Elétrica Aula 6.3 Máquinas Síncronas Prof. João Américo Vilela
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
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).
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.
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
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.
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.
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.
Máquina Síncrona Controle do Fator de Potência Curva V das máquinas síncronas Curva V do motor síncronas Curva V do gerador síncronas
Circuito Equivalente Máquina Síncrona Diagrama de fluxo de potência do motor síncrono; apenas potência ca
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
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
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.
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