aula 22 050608
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Conversão Aula 22TRANSCRIPT
Máquina Síncrona 3
Partes da máquina
Principio de funcionamento do gerador síncrono
Modelo elétrico
Regulação de tensão
Ensaios na máquina síncrona
Exercícios
Partes da Máquina Síncrona 3 Estator parte fixa externa enrolamento de armadura
idêntico ao do motor de indução
Rotor parte móvel interna enrolamento de campo alimentado por corrente contínua por meio de escovas
Entreferro é o espaço entre o estator e rotor.
Ação geradora: onde se tem tensão 3 induzida.
Ação motora: onde se aplica tensão 3
Máquina CC x Máquina CA
Máquina CC Máquina Síncrona
Rotor
Estator
Excitação do campo
enrolamento de armadura
enrolamento de campo
enrolamento de campo
enrolamento de armadura
excitação independente ou
auto excitado
excitação independente
Máquina CC x Máquina CA
máquina cc máquina ca
Principio de funcionamento do gerador síncrono
Enrolamento de campo alimentado por tensão contínua
Pólos norte e sul se definem no rotor da máquina
A máquina primária (exemplo: turbina) faz o rotor girar. As linhas de força cortam os enrolamentos do estator da máquina. Dessa forma surgem neles tensão induzida
Tipos de rotores
Pólo salienteMuitos pólos
Velocidades médias ou baixas
Muito usado nas hidroelétricas pelo fato das turbinas operarem em baixa velocidade
Grande circunferência da armadura do estator
Tipos de rotores
Pólo não-saliente (cilíndrico)2 ou 4 pólos
Alta velocidade
Usado nas usinas a vapor ou a gás
Pequena circunferência da armadura do estator
Rotor saliente – UHE Tucuruí (PA)
81 rpm
Circuito elétrico
A tensão gerada Eg é a tensão terminal disponível na saída da máquina quando o gerador está operando a vazio:
EgVa
Quando o gerador alimenta uma carga, Eg = Va?
Não, existem as quedas de tensão interna a máquina!
Circuito elétrico Os enrolamentos de armadura possuem
resistência Ra
Quem sou eu?
Fluxo de dispersão
Como fica então o circuito elétrico do gerador síncrono?
Circuito elétrico
O circuito elétrico do gerador síncrono por fase é dado por:
Eg Va
Em que:
Eg: tensão gerada internamente
Ia: corrente de armadura
Ra: resistência de armadura
Xs: Reatância síncrona (fluxo de dispersão e fluxo de magnetização)
Va: tensão de saída
Ra + j XsIa
Circuito elétrico
O circuito elétrico do gerador síncrono por fase é dado por:
Eg Va
Eg = Va + Ia (Ra+j Xs)
Ra + j XsIa
Circuito elétrico
Ligações dos enrolamentos do estator:Lembre que a máquina é 3, então .... Ra + j Xs
Eg Va
Ia
Ra + j Xs
Eg Va
Ia
Ra + j Xs
Eg Va
Ia
Os terminais podem ser ligados em Y ou em
Como resolve o circuito 3 ?
Monofásico equivalente
Circuito elétrico Relação entre a corrente de armadura e a tensão nos terminais para diferentes tipos de carga
2-Carga com fator de potência em atraso (indutivo):Por definição: a corrente de fase da armadura Ia está ATRASADAATRASADA em relação a tensão nos terminais Va de um ângulo θ.
3-Carga com fator de potência em avanço (capacitivo):Por definição: a corrente de fase da armadura Ia está ADIANTADAADIANTADA em relação a tensão nos terminais Va de um ângulo θ.
1-Carga com fator de potência unitário (puramente resistivo):Por definição: a corrente de fase da armadura Ia está EM FASEEM FASE em relação a tensão nos terminais Va.
Exercícios 1) (Kosow, pgs 173 e 174) Um gerador síncrono, ligação Y, de 1000kVA, 4600 V, tem uma resistência de armadura de 2 por fase e uma reatância síncrona de 20 por fase. Encontre a tensão gerada por fase, a plena carga para os seguintes fatores de potência:
a) Fator de potência unitário
b) Fator de potência 0,75 atrasado
c) Fator de potência 0,75 adiantado
Obs: Saiba que 4600 V é a tensão de linha disponível e que 1000kVA é a potência aparente 3!
Resp: 3840,67 /40,81º V/fase
Resp: 4820,27 /20,86º V/fase
Resp: 2366,46 /59,97º V/fase
Regulação de Tensão Regulação de tensão de geradores síncronos para vários fatores de potência
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 50 100 150
FP unitário
FP em atraso
FP em avanço2655V
Corrente de armadura por fase (A)
Tens
ão g
erad
a po
r fas
e (V
)
Quanto tenho que gerar, para obter 2655 V?
V26553
4600
Obs: gráfico referente ao exercício 1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 50 100 150
FP unitário
FP em atraso
FP em avanço
125 A
Regulação de Tensão Regulação de tensão de geradores síncronos para vários fatores de potência
2655V
Corrente de armadura por fase (A)
Tens
ão g
erad
a po
r fas
e (V
)
Obs: gráfico referente ao exercício 1
}Regulação de
tensão
%100
%100%0
V
VVRV
Exercício
2655V
2) (Kosow, pgs 176) Usando os dados obtidos no exercício 1, calcule a regulação de tensão para cada situação.
Regulação de tensão
Fator de potência unitário
Fator de potência 0,75 atrasado
Fator de potência 0,75 adiantado
44,61 %
81,49 %
-10,89 %
Você concluiu que ....
Máquina CC x Máquina CA
Regulação de tensão
Reação de armadura
Máquina CC Máquina CA
PobreBoa
Enrolamentos de compensação
Tentativas sem sucesso
Na prática, a regulação inerentemente pobre dos geradores síncronos é ignorada e em sua saída é mantido um valor constante de tensão através de
reguladores de tensão, que aumentam ou diminuem automaticamente a excitação do campo conforme varia a carga e o seu fator de potência.
Eg Va
Ra + j XsIaComo se obtém as grandezas Ra e Xs ?
Ensaios de laboratório!
Ensaios para obter Ra e Xs
Resistência de armadura: Ra
Ensaio com corrente contínua:
2xAVR cc
CCCA R)8,1a2,1(R
resistência efetiva da armadura por fase
Obs: Essa faixa de varição de 1,2 a 1,8 é dependente da freqüência, qualidade de isolamento, tamanho e capacidade do gerador.
Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Ensaio de circuito aberto: Levantamento da curva de magnetização a vazio.
Procedimento: Um amperímetro CC é ligado ao circuito de campo, para que se leia a corrente de campo, e um voltímetro CA é ligado a quaisquer dois terminais do estator, para se ter a tensão de linha V. Faz-se um número suficiente de leituras, partindo de uma corrente de campo nula. A corrente de campo e a tensão gerada por fase são registradas e desenha-se a curva de magnetização.
Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Ensaio de curto-circuito: Levantamento da curva de corrente de curtocircuito por fase
A3
AAAI 321a
Procedimento: Amperímetros CA são utilizados para a leitura das correntes de linha. Faz-se a leitura de pares de correntes: a corrente CC de campo versus a corrente CA da armadura em curto-circuito. Com esses pontos se constrói o gráfico.
Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Gráficos obtidos nos dois ensaios:
Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Comentários sobre o ensaio de curto:
A relação Ia x If é linear. A curto-circuito a tensão nos terminais é ZERO. Toda a tensão gerada Eg é empregada para equilibrar a queda na impedância síncrona interna, Ia Zs, por fase. Uma vez que Zs é quase constante para uma dada máquina, a corrente de curto-circuito varia diretamente proporcional à tensão gerada, e conseqüentemente a corrente de campo. Lembre que Eg = k n!
Eg
Ra + j XsIa
Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Utilizando as duas curvas para calcular Xs:
para a mesma corrente de campo tenho:
a corrente nominal e uma tensão gerada a circuito aberto.
Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona: Xs Dois ensaios são necessários
Utilizando as duas curvas para calcular Xs:
Eg
Ra + j XsIa
Uma vez que a tensão nos terminais é ZERO, podemos escrever
a
gssag I
EZouZIE 2
a2ss RZX
Ensaios para obter Ra e Xs
Reatância síncrona não-saturada e saturada:
A reatância síncrona não-saturada obtida na parte linear da curva de magnetização corrente nominal
a
gNS I
EZ 2
a2NSNS RZX
A reatância síncrona saturada obtida na parte saturada da curva de magnetização tensão nominal
an
S IV
Z 2a
2SS RZX
Exercício3) (Kosow, pgs 181) Dados: gerador síncrono 3, 100kVA, 1100 V, estrela.
Ensaio corrente contínua: V= 6V I=10 A (use 1,5 p/ calcular Ra)
Ensaio a vazio: If = 12,5A V = 420V
Ensaio de curto-circuito: If = 12,5A Ia = corrente nominal
Calcule Ra e XNS
Resp: Ra = 0,45 /fase XNS= 4,59/fase
CuriosidadeOi! Meu nome é turbina Francis! Vou te contar
como eu cheguei aqui em Tucuruí, no Pará, a melhor
terra do mundo
CuriosidadeNasci na fábrica da
Alstom, em Taubaté (SP).Dei o maior trabalho para ir de Taubaté até o porto de Santos! Veja o que foi
necessário:
Remover postes de luz;
Desligar o sistema elétrico e telefônico de bairros;
Retirar alambrados, placas, semáforos e passarelas.
Ninguém merece!
CuriosidadeE mais ... a carreta que me
transportou ia numa velocidade de 5km/h. Do
porto de Santos fui de navio até Belém, e de lá de balsa até Tucuruí! Essa minha viagem levou 45 dias !!!!
Fonte: Revista Eletrobrás, ano 2, no 6, março 2006!
Exercícios complementares
Exercício4) (Apostila) Dados: gerador síncrono 3; 200 MVA; 15,8kV; estrela; 60 Hz.
Os valores medidos nos ensaios foram:
If(A) 0 150 300 450 600 750 900 1050 1200
CA(kV) 0 3,75 7,5 11,2 13,6 15 15,8 16,15 16,5
CC(kA) 0 1,4 2,8 4,2 5,6 7 8,4 9,8 11,2
Calcular a reatância síncrona não-saturada e saturada.
Resp: XNS = 1,237 Ω e XS = 1,085Ω
Obs: como nada foi comentado sobre Ra, faz-se Z=X
Exercício5) (Apostila) Usando a reatância saturada calculada no exercício 6, encontre
a tensão gerada Eg por fase quando a máquina entrega potência nominal.
Eg = 14,46 /26,56º V
Bibliografia
Máquinas Elétricas e Transformadores, I.L. Kosow, Sexta Edição Editora Globo S.A., 1972.