LISTA DE EXERCÍCIOS DE MÁQUINAS SÍNCRONAS

1) Uma máquina síncrona trifásica, 5kVA, 208V, 4 polos, 60Hz, conectada em estrela, tem resistência do enrolamento de estator desprezível e uma reatância síncrona de 8 ohms por fase para tensão de terminal nominal.A máquina é primeiramente operada como um gerador em paralelo com uma fonte de alimentação trifásica, 208V, 60Hz.a) Determine a tensão de excitação e o ângulo de potência quando a máquina está

entregando os seus kVAs nominais com fator de potência de 0,8 atrasado. Desenhe o diagrama fasorial para esta condição.

b) Se a corrente de excitação de campo é agora aumentada de 20% (sem modificar a potência da fonte primária), encontre a corrente de estator, fator de potência e os kVAs reativos supridos pela máquina.

2) A máquina síncrona do problema anterior é operada como um motor síncrono em uma fonte de alimentação trifásica, 208V, 60Hz. A excitação do campo é ajustada para um fator de potência unitário quando a máquina drena 3kW da fonte.a) Encontre a tensão de excitação e o ângulo de potência. Desenhe o diagrama fasorial

para esta condição.b) Se a excitação de campo é mantida constante e a carga no eixo for aumentada

lentamente, determine o máximo torque que o motor pode entregar.

3) Um motor síncrono trifásico de 60Hz tem uma tensão de linha de 460V nos terminais e uma corrente de terminal de 120A com fator de potência de 0,95 indutivo. Nessas condições de operação, a corrente de campo é de 47A. A reatância síncrona da máquina é igual a 1,68 ohms. Suponha que a resistência de armadura seja desprezível. Calcule:a) A tensão gerada Eaf em volts.b) O valor da indutância mútua Laf entre o campo e a armadura.c) A potência de entrada elétrica do motor em HP.d) Supondo que a potência de entrada e a tensão de terminal do motor permaneçam

constantes, calcule o ângulo de fase ᵟ da tensão gerada e a corrente de campo necessária para conseguir um fator de potência unitário nos terminais do motor.

4) Um gerador síncrono de 1.500kVA, 13kV, trifásico, ligação estrela, tem uma resistência de armadura de 0,9Ω e uma reatância síncrona de 8Ω. Se o gerador estiver suprindo carga nominal à tensão nominal, calcule a tensão gerada interna na máquina se:a) O fator de potência for unitário; b) O fator de potência for de 0,8 em atraso;c) O fator de potência for de 0,8 em avanço. d) Calcule a regulação de tensão para os casos acima.

5) Em uma fábrica, uma máquina síncrona trifásico de 4 kV, 400 kVA, é instalada em uma linha com outros motores de indução. Os dados de carga das máquinas são: motores de indução de 500kVA com fp 0,8 em atraso; motor síncrono de 300 kVA com fp unitário.a) Calcule o fator de potência total das cargas da fábrica. b) Para melhorar o fator de potência da fábrica, a máquina síncrona é sobre-excitada sem nenhuma mudança na sua carga. Sem sobrecarregar o motor, para que valor o fator de potência da fábrica pode ser melhorado?c) Encontre a corrente e o fator de potência da máquina síncrona na condição anterior (b).

6) Assinale V para “Verdadeiro” ou F para “Falso” nas afirmativas à seguir, justificando aquelas que forem falsas.( ) Nas máquinas síncronas, os enrolamentos de armadura são os enrolamentos do estator. O enrolamento de campo é o enrolamento do rotor.( ) Nos geradores síncronos trifásicos, a tensão gerada internamente nem sempre tem valor eficaz maior que o valor eficaz da tensão aplicada à carga.( ) Duas excelentes características do motor síncrono trifásico são o elevado conjugado de partida e a facilidade do controle de velocidade.( ) Um motor síncrono trifásico de 100kVA de potência nominal que fornece 80kW de potência mecânica à carga pode fornecer à fonte que o alimenta, simultaneamente e sem sobrecarga, no máximo, 20kVAr.( ) Um compensador síncrono trifásico é uma máquina síncrona que opera recebendo potência ativa da fonte com fator de potência unitário, com isso, ele colabora com a melhoria do fator de potência da instalação. ( ) Qualquer gerador síncrono, para induzir tensão em seus terminais precisa necessariamente que o enrolamento de campo seja excitado por uma corrente contínua por meio de escovas estacionárias.( ) A excitatriz de um gerador síncrono pode ser alimentada por um gerador CC autoexcitado shunt conectado ao eixo, dispensando assim o uso de uma fonte CC externa.( ) As máquinas síncronas de pólos lisos são aplicadas em máquinas que giram com elevadas velocidades.( ) O fluxo produzido pelas correntes, na armadura de um gerador síncrono, gira à frente do fluxo produzido pelo campo.( ) Os enrolamentos amortecedores nos motores síncronos têm a função de permitir a partida do motor apenas com a alimentação da armadura, como se fosse um motor de indução gaiola de esquilo.( ) Uma máquina síncrona com fator de potência indutivo possui a tensão interna gerada maior que a tensão terminal se estiver operando como motor.( ) Para um gerador ser conectado a um barramento infinito é necessário possuir a mesma tensão, corrente, frequência e sequência de fase.

7) Explique como obter o valor da impedância síncrona através de ensaios de laboratório (à vazio e em curto-circuito) em uma máquina síncrona.

8) Monte um diagrama fasorial representativo da operação de uma máquina síncrona atuando como um gerador e alimentando uma carga de fator de potência indutivo (neste diagrama deve conter a tensão na carga, na fonte, queda de tensão na reatância síncrona e corrente de armadura).

9) Repita o ítem (8) para a máquina operando como um motor conectado à fonte e com fator de potência capacitivo.

10) Para o projeto de uma usina hidrelétrica cuja frequência de operação é de 60 Hz, os técnicos previram que as máquinas terão o máximo de rendimento na velocidade de 83,73 rpm. O número de polos desse gerador deverá ser:

(A) 60 (D) 96(B) 75 (E) 102(C) 86