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A máquina síncronaA máquina síncrona
A mA mááquina squina sííncrona: ncrona: generalidadesgeneralidades
A mA mááquina squina sííncrona utiliza um ncrona utiliza um estestáátor constitutor constituíído por um do por um
enrolamento trifenrolamento trifáásico sico distribudistribuíído a 120do a 120ºº idêntico idêntico àà
mmááquina assquina assííncronancrona
O rO róótor esttor estáá formado formado por um enrolamento por um enrolamento alimentado desde o alimentado desde o exterior atravexterior atravéés de s de
escovas e anescovas e anééis is deslizantes mediante deslizantes mediante
corrente continuacorrente continuaO rO róótor pode ser de ptor pode ser de póólos lisos ou los lisos ou de pde póólos salienteslos salientes
Industrialmente Industrialmente éé o gerador utilizado na maioria das centrais o gerador utilizado na maioria das centrais elelééctricas: turboalternadores e grandes alternadores ctricas: turboalternadores e grandes alternadores
hidrhidrááulicosulicos
Como motor usaComo motor usa--se principalmente quando a potência se principalmente quando a potência solicitada solicitada éé muito elevada >1 MWmuito elevada >1 MW
NNN
S
S
Sentido dascorrentesno rótor
A mA mááquina squina sííncrona: ncrona: generalidadesgeneralidades
N
S
Linhas de campo
Elevadas velocidades derotação: turboalternadoresElevadas velocidades deElevadas velocidades derotarotaçção: turboalternadoresão: turboalternadores
Velocidades de rotação baixas
Velocidades de rotaVelocidades de rotaçção ão baixasbaixas
Rótor de pólos
salientes
RRóótortor de de ppóólos los
salientessalientes
Rótorliso
RRóótortorlisoliso
Motores Motores ssííncronosncronos
CatCatáálogos logos comerciaiscomerciais
GeradoresGeradoresssííncronosncronos
©© L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas
©© L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas
©© L. Serrano: L. Serrano: Fundamentos de Fundamentos de
mmááquinas elquinas elééctricas ctricas rotativasrotativas
GeradoresGeradores ssííncronosncronos©© L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmááquinas elquinas elééctricas rotativasctricas rotativas
©© Mulukutla Mulukutla S. S. SarmaSarma: : ElectricElectricmachinesmachines
Corte transversal de Corte transversal de umauma central hidrcentral hidrááulicaulica
RRóótortor
©© Mulukutla Mulukutla S. S. SarmaSarma: : ElectricElectricmachinesmachines
ESTÁTOR= Enrolamento trifásicodistribuído alimentado comsistema trifásico de tensões
ESTÁTOR= Enrolamento trifásicodistribuído alimentado comsistema trifásico de tensões
RÓTOR= Enrolamento alimentadocom corrente contínua que criaum campo magnético fixo
RÓTOR= Enrolamento alimentadocom corrente contínua que criaum campo magnético fixo
CAMPO MAGNÉTICO GIRANTECAMPO MAGNÉTICO GIRANTE
INTERACÇÃO RÓTOR - ESTÁTORINTERACÇÃO RÓTOR - ESTÁTOR
BINÁRIO MOTOR E ROTAÇÃO DA MÁQUINABINBINÁÁRIO MOTOR E ROTARIO MOTOR E ROTAÇÇÃO DA MÃO DA MÁÁQUINAQUINA
PrincPrincíípio de funcionamento: pio de funcionamento: motormotorO RO RÓÓTOR GIRA TOR GIRA ÀÀ MESMA MESMA
VELOCIDADE QUE O VELOCIDADE QUE O CAMPO: VELOCIDADE DE CAMPO: VELOCIDADE DE
SINCRONISMOSINCRONISMO
PfNS⋅
=60
PfNS⋅
=60
Controlando a excitaControlando a excitaçção ão (tensão de alimenta(tensão de alimentaçção do ão do rróótor) conseguetor) consegue--se que a se que a
mmááquina trabalhe com qualquer quina trabalhe com qualquer factor de potência: factor de potência: PODE PODE
ABSORVER OU FORNECER ABSORVER OU FORNECER POTÊNCIA REACTIVA QPOTÊNCIA REACTIVA Q
ESTÁTOR= enrolamento trifásicodistribuído conectado à carga
ou rede que se deseja alimentar
ESTÁTOR= enrolamento trifásicodistribuído conectado à carga
ou rede que se deseja alimentar
RÓTOR= enrolamento alimentadocom corrente contínua que cria
um campo magnético fixo. Faz-segirar por um meio externo
RÓTOR= enrolamento alimentadocom corrente contínua que cria
um campo magnético fixo. Faz-segirar por um meio externo
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA MECÂNICA EM ENERGIA ELÉCTRICA
TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃO DE ENERGIA ÃO DE ENERGIA MECÂNICA EM ENERGIA ELMECÂNICA EM ENERGIA ELÉÉCTRICACTRICA
PrincPrincíípio de funcionamento: pio de funcionamento: geradorgerador
Para ligar o gerador a uma Para ligar o gerador a uma rede rede éé necessnecessáário que rode rio que rode ààvelocidade de sincronismo velocidade de sincronismo
correspondente correspondente àà frequência frequência da dita rededa dita rede
Controlando a excitaControlando a excitaçção ão (tensão de alimenta(tensão de alimentaçção do ão do rróótor) conseguetor) consegue--se que a se que a
mmááquina trabalhe com quina trabalhe com qualquer factor de potência: qualquer factor de potência:
PODE ABSORVER OU PODE ABSORVER OU FORNECER QFORNECER Q
O campo criado pelo rótor, ao rodar, induz FEM no estátor
e, por tanto, faz circular corrente pela carga
O campo criado pelo rótor, ao rodar, induz FEM no estátor
e, por tanto, faz circular corrente pela carga
60NPf =60NPf = P=PARES DE PP=PARES DE PÓÓLOSLOS
N=VELOCIDADE DE N=VELOCIDADE DE ROTAROTAÇÇÃOÃO
jXs Rs A
B
E
IM
+V
jXs Rs A
B
E
IM
+V
Circuito equivalente (por Circuito equivalente (por fase) da mfase) da mááquina squina sííncronancrona
A FEM E A FEM E éé proporcional proporcional àà corrente de excitacorrente de excitaçção do rão do róótor. No tor. No funcionamento como gerador representa a tensão que se induz no funcionamento como gerador representa a tensão que se induz no estestáátor. No funcionamento como motor, representa a fortor. No funcionamento como motor, representa a forçça a contracontra--electromotrizelectromotriz que que éé necessnecessáário rio ““vencervencer”” para que circule a corrente para que circule a corrente
que alimenta o motorque alimenta o motor
Funcionamento Funcionamento como motorcomo motor
Reactância sReactância sííncrona = reactância dispersão ncrona = reactância dispersão estestáátor+efeito de reactor+efeito de reacçção de induzidoão de induzidoReactância Reactância
ssííncronancronaResistência Resistência
estestáátortor jXs Rs A
B
E
IG
+V
jXs Rs A
B
E
IG
+V
Funcionamento Funcionamento como geradorcomo gerador
O gerador sO gerador sííncrono em vazioncrono em vazioReactância Reactância
ssííncronancrona jXs Rs A
B
E
IG
+V
jXs Rs A
B
E
IG
+V
funcionamento funcionamento como geradorcomo gerador
Resistência Resistência EstEstáátortor
500 1000 1500 2000
5
10
15
20 kV
Iexc
18kV 390MVA
3000RPM
500 1000 1500 2000
5
10
15
20 kV
Iexc
18kV 390MVA
3000RPM
Tensão em vazio VTensão em vazio V
Quando o gerador trabalha em vazio Quando o gerador trabalha em vazio no hno háá queda de tensão: a tensão de queda de tensão: a tensão de
salda coincide com a FEM Esalda coincide com a FEM E
NKE ⋅ϕ⋅= NKE ⋅ϕ⋅= VELOCIDADE VELOCIDADE DE ROTADE ROTAÇÇÂOÂO
FLUXOFLUXO PROPORCIONAL A PROPORCIONAL A IIEXCEXC
O gerador sO gerador sííncrono em carga: ncrono em carga: reacreacçção do induzidoão do induzido
Quando o alternador trabalha em vazio Quando o alternador trabalha em vazio o o úúnico fluxo existentenico fluxo existenteéé o produzido pela corrente conto produzido pela corrente contíínua de excitanua de excitaçção do rão do róótortor
O fluxo total da mO fluxo total da mááquina quina verver--sese--áá diminudiminuíído ou do ou
aumentado dependendo da aumentado dependendo da carga ser indutiva ou carga ser indutiva ou
capacitivacapacitiva
Quando fornece corrente a uma Quando fornece corrente a uma carga, Esta produz um campo carga, Esta produz um campo magnmagnéético girante ao circular tico girante ao circular nos enrolamentos do estnos enrolamentos do estáátor. tor. Este campo produz um binEste campo produz um bináário rio
oposto ao de rotaoposto ao de rotaçção da ão da mmááquina, sendo necessquina, sendo necessáário rio contrabalancontrabalanççaa--lo com um lo com um
aumento da potencia mecânica aumento da potencia mecânica exterior. exterior.
Este efeito criado pelo Este efeito criado pelo campo do Estcampo do Estáátor tor éé
conhecido pelo nome de conhecido pelo nome de ““reacreacçção de induzidoão de induzido””
CargaCarga
O gerador sO gerador sííncrono em cargancrono em carga
U
U
U
I
I
I
RI
RI
RI
jXs
jXs
jXs
E
E
E
Carga resistiva
Carga Inductiva
Carga capacitiva
U
U
U
I
I
I
RI
RI
RI
jXs
jXs
jXs
E
E
E
Carga resistiva
Carga Inductiva
Carga capacitiva
PARA UMA MESMA TENSÃO DE SAIDA O PARA UMA MESMA TENSÃO DE SAIDA O GERADOR PODE FORNECER OU ABSORVER GERADOR PODE FORNECER OU ABSORVER
POTÊNCIA REACTIVA DEPENDENDO DA POTÊNCIA REACTIVA DEPENDENDO DA CARGA SER INDUTIVA OU CAPACITIVACARGA SER INDUTIVA OU CAPACITIVA
Para o conseguir basta modificar o valor de E Para o conseguir basta modificar o valor de E (modificando o campo de excita(modificando o campo de excitaçção)ão)
Indutiva Indutiva Indutiva
jXs Rs A
B
E
IG
+V
jXs Rs A
B
E
IG
+V
funcionamento como geradorfuncionamento funcionamento como geradorcomo gerador
O gerador sO gerador sííncrono em carga: ncrono em carga: funcionamento isoladofuncionamento isolado
O GERADOR ALIMENTA O GERADOR ALIMENTA UMA CARGA DE FORMA UMA CARGA DE FORMA
INDEPENDENTEINDEPENDENTE
funcionamento funcionamento ISOLADOISOLADO
LaLa tensão de tensão de alimentaalimentaçção ão puedepuede variarvariar
O factor de O factor de potência da potência da carga carga éé fixofixo
Aumento da Aumento da excitaexcitaççãoão
Aumento da Aumento da tensão de tensão de
sasaíídada
Aumento da Aumento da potência potência mecânicamecânica
Aumento da Aumento da velocidade velocidade de rotade rotaççãoão
Aumento da Aumento da frequênciafrequência
O gerador sO gerador sííncrono em carga: ncrono em carga: LigaLigaçção a rede de Potência Infinitaão a rede de Potência Infinita
O GERADOR ESTO GERADOR ESTÁÁ LIGADO A OUTRA LIGADO A OUTRA REDE EM QUE ACTUAM OUTROS REDE EM QUE ACTUAM OUTROS GERADORES: A SUA POTÊNCIA GERADORES: A SUA POTÊNCIA ÉÉ
MUITO PEQUENA EM COMPARAMUITO PEQUENA EM COMPARAÇÇÃO ÃO COM O TOTAL DA REDECOM O TOTAL DA REDE
LIGALIGAÇÇÃO A REDE ÃO A REDE DE POTÊNCIA DE POTÊNCIA
INFINITAINFINITA
A tensão de A tensão de alimentaalimentaçção ão ESTESTÁÁ FIXADA FIXADA
PELA REDEPELA REDE
A frequência A frequência ESTESTÁÁ FIXADA FIXADA
PELA REDEPELA REDE
Aumento da Aumento da excitaexcitaççãoão
Aumento da Aumento da POTENCIA POTENCIA REACTIVA REACTIVA ENTREGUEENTREGUE
Aumento da Aumento da potência potência mecânicamecânica
Aumento da Aumento da POTENCIA POTENCIA
ACTIVA ACTIVA ENTREGUEENTREGUE
iU
1 2
3
RI
jXI
α
ϕ
E
iU
1 2
3
RI
jXI
α
ϕ
ESOBREXCITASOBREXCITAÇÇÃOÃO
SUBEXCITASUBEXCITAÇÇÃOÃOAA TENSÃO TENSÃO U U
ESTESTÁÁ FIXADAFIXADAPELAPELA REDEREDE
NORMALNORMAL
i U
RI
jXI
3
ϕ
E
i U
RI
jXI
3
ϕ
E
GERADORGERADOR SUBEXCITADOSUBEXCITADOi RI
jXI
2
α
E
ϕU
i RI
jXI
2
α
E
ϕU
GERADORGERADORSOBREXCITADOSOBREXCITADO
AUMENTO CORRENTEAUMENTO DO ÂNGULO ϕ
AUMENTO AUMENTO CORRENTECORRENTEAUMENTO AUMENTO DODO ÂNGULO ÂNGULO ϕϕ
AUMENTO AUMENTO DADAPOTÊNCIAPOTÊNCIA REACTIVA REACTIVA
FORNECIDAFORNECIDA
REDUREDUÇÇÃO DAÃO DAPOTÊNCIAPOTÊNCIA REACTIVA REACTIVA
FORNECIDAFORNECIDA
VariaVariaçção da velocidade nos ão da velocidade nos motores smotores sííncronosncronos
Motores Motores grande grande
potênciapotência
INVERSORESINVERSORES
CICLOCONVERSORESCICLOCONVERSORES
Motores Motores baixa baixa
potênciapotência
UTILIZAUTILIZAÇÇÃO DEÃO DEEQUIPAMENTOS EQUIPAMENTOS ELECTRELECTRÓÓNICOSNICOS
O motor sO motor sííncrono roda ncrono roda ààvelocidade de sincronismovelocidade de sincronismo
60*f/p60*f/p
PARA VARIAR APARA VARIAR AVELOCIDADE VELOCIDADE ÉÉNECESSNECESSÁÁRIO RIO
VARIARVARIARA FREQUÊNCIAA FREQUÊNCIA
DE ALIMENTADE ALIMENTAÇÇÃOÃOAPLICAAPLICAÇÇÕES DE ELEVAÕES DE ELEVA--DA POTENCIA (>1 MW): DA POTENCIA (>1 MW): GRANDES MGRANDES MÁÁQUINAS QUINAS (Sopradores, (Sopradores, compressores, etc.) e compressores, etc.) e PROPULSÃO ELPROPULSÃO ELÉÉCTRICACTRICA
T4 T6 T2
T1 T3 T5
T1 T3 T5
T4 T6 T2
T4 T6 T2
T1 T3 T5
T1 T3 T5
T4 T6 T2
T4 T6 T2
T1 T3 T5
T1 T3 T5
T4 T6 T2
+
+
+
VR
VT
6,6 kV/1 kV
6,6 kV/1 kV
6,6 kV/1 kV
6,6 kV50 Hz
0 – 860 V0 – 17 Hz
0 – 520 V0 – 600 A
Devanado deexcitación
MOTORASÍNCRONO
T4 T6 T2
T1 T3 T5
T1 T3 T5
T4 T6 T2
T4 T6 T2
T1 T3 T5
T1 T3 T5
T4 T6 T2
T4 T6 T2
T1 T3 T5
T1 T3 T5
T4 T6 T2
+
+
+
VR
VT
6,6 kV/1 kV
6,6 kV/1 kV
6,6 kV/1 kV
6,6 kV50 Hz
0 – 860 V0 – 17 Hz
0 – 520 V0 – 600 A
Devanado deexcitación
MOTORASÍNCRONO
CicloconversorCicloconversorfabricado por ABB fabricado por ABB para o controlo de para o controlo de motores smotores sííncronos ncronos
atatéé 14 MW14 MW
CicloconversoresCicloconversores
FuncionamentoFuncionamento dodocicloconversorcicloconversor
SISTEMA DE SISTEMA DE TENSÕES TENSÕES TRIFTRIFÁÁSICO QUE SICO QUE
ALIMENTA ALIMENTA ooCICLOCONVERSORCICLOCONVERSOR(Frequência(Frequência de de rederede eeamplitudeamplitude constante)constante)
TENSÃO TENSÃO RESULTANTE RESULTANTE DADACOMUTACOMUTAÇÇÃO DOÃO DO
CICLOCONVERSORCICLOCONVERSOR(Frequência(Frequência ee amplitudeamplitude varivariááveis)veis)
M/S FANTASY
Central de geração
Central de geração
Motorestransversais
Motorestransversais
Central de geração:• 4 Geradores síncronos de 10,3 MVA• 2 Geradores síncronos de 6,8 MVA• Tensão=6,6 kV
Central de geração:• 4 Geradores síncronos de 10,3 MVA• 2 Geradores síncronos de 6,8 MVA• Tensão=6,6 kV
Motores:• Síncronos de duplo enrolamento controlados com cicloconversores• 2 Motores principais de 14 MW refrigerados a água• 6 Motores transversais de 1,5 MW
Motores:• Síncronos de duplo enrolamento controlados com cicloconversores• 2 Motores principais de 14 MW refrigerados a água• 6 Motores transversais de 1,5 MW
Tipo de propulsão:• Diesel - eléctrica• 4 Motores principais• 2 Motores auxiliares• Hélices de passo variável
Tipo de propulsão:• Diesel - eléctrica• 4 Motores principais• 2 Motores auxiliares• Hélices de passo variável
Motorestransversais
Motorestransversais
PROPULSÃO ELÉCTRICACatCatáálogos comerciaislogos comerciais