Upload
dircsoar
View
325
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Motores Sncronos
Circuito Equivalente, Desempenho, Potncia, Paralelismo de Geradores
Mquinas Eltricas
CIRCUITO EQUIVALENTE
Ef Tenso induzida devido ao fluxo produzida na excitatriz (Tenso vazio)
Ear Tenso produzida pelo fluxo de reao de armadura (com a presena de carga)
O fluxo de armadura composto pelo
fluxo de disperso e o fluxo concatenado
com o enrolamento de campo (Fa=Fl+Far)
CIRCUITO EQUIVALENTE
CIRCUITO EQUIVALENTE
Tenso gerada eficaz:
Onde:
e = 2..fe Laf : indutncia mtua mxima entre o campo e a
armadura
If : corrente de campo
2
I.L.E fafeaf
CIRCUITO EQUIVALENTE
Circuitos equivalentes por fase da mquina sncrona. (a) Motor e (b) Gerador.
Onde:
Eaf- Tenso gerada Ia- Corrente de armadura Xs- Reatncia sncrona Va- Tenso de Terminal
Ra- Resistncia de armadura
CIRCUITO EQUIVALENTE
Gerador:
ou
Motor:
ou
Onde: - Xs a Reatncia Sncrona que combina os efeitos da reatncia
de armadura (Xa) e da reao da armadura.
- Zs a Impedncia Sncrona igual a Ra + j.Xs
)EI.X(jI.RVE araaaaaaf
)EI.X(jI.RVE araaaaaaf
asaasaaaaf I.ZVI.jXI.RVE
asaasaaaaf I.ZVI.jXI.RVE
CIRCUITO EQUIVALENTE
CIRCUITO EQUIVALENTE
Diagrama fasorial para gerador com vrias cargas
(a) Em fase (b) Em atraso
(c) Em adianto
CIRCUITO EQUIVALENTE
Regulao de tenso de geradores sncronos
100(%)
f
fgf
V
VER
REGULAO DE TENSO
Exerccio:
Um gerador trifsico, ligao estrela, de 1.000 kVA, 4.600 V, tem uma resistncia de armadura de 2 /fase e uma reatncia de armadura sncrona Xs de 20 /fase. Encontre a tenso gerada por fase e a regulao, a plena carga, para:
a) Fator de potncia unitrio;
b) Fator de potncia de 0,75 em atraso;
c) Fator de potncia de 0,75 em avano;
d) Fator de potncia de 0,4 em avano.
REGULAO DE TENSO
Exerccio:
Observa-se que um motor sncrono trifsico de 60 Hz tem uma tenso de linha de 460 V nos terminais e uma corrente de terminal de 120 A com um fator de potncia de 0,95 indutivo. Nessas condies de operao, a corrente de campo de 47 A. A reatncia sncrona da mquina igual a 1,68 . Supondo que a resistncia de armadura seja desprezvel.
Calcule (a) a tenso gerada Eaf, (b) o valor da indutncia mtua Laf entre o campo e a armadura, e (c) a potncia de entrada eltrica do motor em kW e HP.
CIRCUITO EQUIVALENTE
Exerccio:
Supondo que a potncia de entrada e a tenso de terminal do motor sncrono do problema anterior permaneam constantes, calcule (a) o ngulo de fase da tenso gerada e (b) a corrente de campo necessria para conseguir um fator de potncia unitrio nos terminais do motor.
CIRCUITO EQUIVALENTE
A potncia mxima que uma mquina sncrona pode fornecer determinada pelo conjugado mximo que pode ser aplicado sem que ocorra perda de sincronismo com o sistema externo ao qual est conectada.
OPERAO EM REGIME PERMANENTE
Mudana na corrente de campo necessria para manter a tenso terminal constante, quando a carga (em kVA) varia, para diversos fatores de potncia da carga.
OPERAO EM REGIME PERMANENTE
FP
capac.
FP unit.
FP
indut.
A corrente de excitao do campo (If) necessria para manter a tenso terminal constante (Vf), com um FP atrasado fixo, aumenta com o aumento da demanda em kVA nos terminais da carga.
Curva V para Geradores Sncronos:
OPERAO EM REGIME PERMANENTE
Diagrama fasorial para motor sobre-excitado, desprezando a resistncia de armadura.
CIRCUITO EQUIVALENTE
DESEMPENHO DO MOTOR
Abaixo pode-se visualizar o diagrama fasorial para o motor sobre-excitado a vazio, suprindo as perdas rotacionais e no ncleo.
DESEMPENHO DO MOTOR
Ao aplicar carga subitamente a velocidade cai momentaneamente, aumentando o ngulo de potncia.
Este aumento provoca um aumento da corrente de armadura (devido a diferena fasorial das tenses), exigindo mais potncia de entrada.
Esta modificao provoca o aumento do fator de potncia.
DESEMPENHO DO MOTOR
Por causa da inrcia, o campo girante do estator gira mais rpido que o rotor, com isso, o torque de partida resultante nulo.
PARTIDA DO MOTOR
Dois mtodos so normalmente utilizados para a partida de motores sncronos:
Aplicar frequncia varivel
Partir como motor de induo
PARTIDA DO MOTOR
Partir com uma frequncia baixa (prxima de zero) e aumentando gradativamente at a frequncia nominal.
PARTIDA DO MOTOR
Enrolamento amortecedor (gaiola de partida)
Na partida a excitatriz no energizada (em geral, conectada a um resistor) e a mquina parte como um MIT, em seguida a excitatriz alimentada.
PARTIDA DO MOTOR
Diagrama fasorial da mquina sncrona desconsiderando a resistncia do enrolamento de armadura:
POTNCIA
A potncia desenvolvida pode ser escrita como:
Do diagrama fasorial pode-se dizer que:
ou
Portanto,
coscos afatm IqEIqVP
cossaf xIsenEab senx
EI
s
f
a cos
senx
EVqP
s
ft
m
POTNCIA
O ngulo chamado de ngulo de potncia.
Se = 0 a mquina sncrona no pode desenvolver nenhuma potncia til.
A potncia mxima ocorre com = 90.
POTNCIA
Em um motor sncrono, h duas fontes possveis de excitao: corrente alternada na armadura ou corrente contnua no enrolamento de campo.
Se a corrente de campo for o mnimo suficiente para suprir a FMM necessria, nenhuma componente magnetizante ou potncia aparente (kVA) ser necessria na armadura e o motor ir operar com fator de potncia unitrio.
FATOR DE POTNCIA
Se a corrente de campo for menor, isto , o motor sncrono est subexcitado, o dficit de FMM dever ser preenchido pela armadura e o motor ir operar com um fator de potncia indutivo.
Se a corrente de campo for maior, isto , o motor sncrono est superexcitado, a FMM em excesso dever ser contrabalanada na armadura e uma componente capacitiva de corrente estar presente; o motor funcionar ento com um fator de potncia capacitivo.
FATOR DE POTNCIA
Mquinas sncronas a vazio podem ser instaladas em sistemas de potncia para corrigir o fator de potncia ou para controlar o fluxo de kVA reativos.
Essas mquinas, chamadas compensadores sncronos, podem ser mais econmicas em grandes tamanhos de potncia do que os capacitores estticos.
FATOR DE POTNCIA
Geradores normalmente so conectados a um barramento infinito. Nesta situao a tenso e a frequncia raramente se modificam.
PARALELISMO DE GERADORES
Para um gerador ser conectado a um barramento infinito necessrio possuir a mesma tenso, frequncia, fase e sequncia de fase.
Um sincronoscpio pode ser utilizado para verificar estas condies.
Um conjunto de lmpadas pode ser utilizado para identificar as condies para o paralelismo.
PARALELISMO DE GERADORES
Gerador conectado a um barramento infinito
PARALELISMO DE GERADORES
a) Mesma frequncia, mesma fase e sequncia, mas tenses diferentes
As trs lmpadas brilham com a mesma intensidade
PARALELISMO DE GERADORES
b) Mesma tenso, mesma sequncia, mas frequncias diferentes
As trs lmpadas piscam juntas em uma frequncia que depende de f1-f2.
PARALELISMO DE GERADORES
c) Mesma tenso, mesma frequncia, mas sequncia de fases diferentes
As trs lmpadas acendem com intensidades luminosas diferentes. Se as frequncia forem diferentes elas piscariam separadamente.
PARALELISMO DE GERADORES
d) Mesma tenso, mesma frequncia, mesma sequncia, mas fases diferentes
As trs lmpadas acendem com a mesma intensidade luminosa.
PARALELISMO DE GERADORES
Para permitir a operao em paralelo dos geradores sncronos necessria a sincronizao.
Mtodo das lmpadas apagadas
PARALELISMO DE GERADORES
Antes de fechar as chaves (ou disjuntores) que colocam as duas mquinas em paralelo necessrio:
Ajustar a velocidade do agente motor do gerador de um gerador para se igualar ao do outro;
Ajustar a corrente de campo para igualar as tenses dos geradores;
Adequar as fases das tenses.
PARALELISMO DE GERADORES
As lmpadas ficaro apagadas caso as condies anteriores sejam satisfeitas.
As lmpadas ficaro acesas caso a frequncia seja a mesma e as tenses sejam diferentes.
Caso as frequncias sejam diferentes as lmpadas vo piscar com a diferena de frequncia.
PARALELISMO DE GERADORES
Paralelismo de Geradores Efeito da Excitao de campo (controle de VAr)
Considerando uma carga com fator de potncia unitrio, com geradores em paralelo fornecendo potncias iguais tem-se que as tenses geradas e os ngulos de potncia so iguais.
Neste caso, se a corrente de campo de G1 for aumentada, o ngulo de potncia deste gerador dever diminuir para manter a potncia de sada constante.
Para compensar este efeito necessrio reduzir a corrente de campo de G2, provocando a circulao de reativos de um gerador para o outro.
PARALELISMO DE GERADORES
Paralelismo de Geradores Efeito da potncia da fora motriz (controle de W)
Considerando que a reduo da potncia motriz de G1 necessrio aumentar a potncia motriz de G2 para manter a frequncia constante.
O efeito desta mudana pode ser vista no diagrama abaixo.
PARALELISMO DE GERADORES
Caractersticas de Potncia e Torque
Por fase temos:
Para Ra = 0 Zs = Xs e s = 90 para mquina trifsica
Caractersticas de Potncia e Torque
Caractersticas de Potncia e Torque
Lugar geomtrico de potncias
Raio:
Centro:
Capabilidade
A regio de operao de uma mquina sncrona est restrita s seguintes consideraes:
1. Aquecimento da armadura, determinada pela corrente de armadura
2. Aquecimento do campo, determinada pela corrente de campo
3. Limite de estabilidade em regime permanente
Considerando Vt
constante, a regio
de aquecimento da
armadura dada por
um crculo na origem
de raio S = Vt.Ia
Capabilidade
Os pontos de interseo M (para geradores) e
N (para motores) so os pontos timos de
operao pela mxima utilizao do campo e
da armadura, dentro do limite de estabilidade.
Capabilidade