Gerador Síncrono
2. MÁQUINAS SÍNCRONAS
• Tensão induzida
• Forma de onda senoidal
• Número de pólos
• Controle da tensão induzida
• Fases de um gerador síncrono
• Fasores das tensões
• Circuito elétrico equivalente
• Ensaio em vazio e em curto-circuito
Uso de máquinas de síncrona
O campo girante no entreferro e o rotor giram na mesma velocidade (síncrona);
Usado em situações que demandem velocidade constante com carga variável;
Independente da fonte primária e da capacidade, o gerador síncrono é usualmente o mais indicado.
Características básicas de máquinas síncronas - estator
O enrolamento do estator (armadura) é trifásico e distribuído (igual ao da máquina de indução) e é ligado diretamente a uma fonte CA ou à carga;
Os enrolamentos da armadura são posicionados com diferença angular de 120o, de forma que as tens induzidas nos três enrolamentos serão defasadas de 120o;
Pode ser conectado em Y ou em D;
Características básicas de máquinas síncronas - rotor
O enrolamento de campo é posicionado no rotor e é alimentado por uma fonte CC através de escovas deslizantes sobre anéis coletores, que giram com o rotor;
A corrente CC (If) de campo produz campo magnético no entreferro. Quando o rotor gira, acionado por uma turbina, o enrolamento de armadura é concatenado por um campo girante, o qual induz uma tensão variável trifásica nos seus terminais.
Características básicas de máquinas síncronas - estator
Rotor de pólos lisos
http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations
Características básicas de máquinas síncronas - estator
Rotor de pólos lisos
http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations
Características básicas de máquinas síncronas - estator
http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations
Tensão induzida no estator:
Características básicas de máquinas síncronas - estator
Tensão induzida no estator:
http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations
Características básicas de máquinas síncronas
Máquinas com muitos pólos e baixa velocidade, em geral tem o rotor de pólos salientes;
- diâmetro grande
- comprimento pequeno
- eixo vertical
Máquinas com poucos pólos e alta velocidade, em geral tem o rotor cilíndrico;
- diâmetro pequeno
- comprimento grande
- eixo horizontal
Máquina síncrona trifásica – característica de magnetização
O campo girante no entreferro, produzido pelo rotor, induz tensão trifásica senoidal nos enrolamentos do estator;A velocidade do rotor e a frequência das tensões
induzidas são relacionadas por:
120 fnp
[rpm]
Máquina síncrona trifásica – característica de magnetização
max4,44. . . .rmswE f N k
A tensão eficaz induzida por fase Ef é dada por:
max
onde, é o fluxo por pólo
devido a corrente de campo I
é o fator de enrolamento, devido à disposição do enrolamento
é o número de espiras por fase
f
wk
N
Máquina síncrona trifásica – característica de magnetização
Campo magnético rotacional do rotor no enrolamento estacionário do estator
Máquina síncrona trifásica – característica de magnetização
tensão induzida é proporcional a velocidade da máquina e do fluxo de excitação.
E
If
OCC “característica de circuito aberto”
para n (rpm) constante
Linha de entreferro
Máquina síncrona trifásica – Circuito equivalente
Circuito equivalente completo.
Ia
VaEa
Ib
VbEb
IC
VCEC
RC
Rb
Ra
If
Rf
Lf
Rajust
jXs
jXs
jXs
Vf
Máquina síncrona trifásica – Tipos de ligação
tensão Ligação estrela e Ligação triângulo.
V 3.
IL f
L f
V
I
V
I 3.L f
L f
V
I
VL
Vf
IL
I f
Ensaios para a obtenção de XsTeste com o estator em aberto: Ia=0; n=nsíncrona; Vt = Ea
Variando If e medindo E obtém-se a característica de magnetização da máquina;
A linha do airgap coincide com a curva de magnetização enquanto não houver saturação do núcleo;
OCC- característica de circuito aberto
Ea
Ensaios para a obtenção de XsTeste de curto circuito:
Ia0; n=nsíncrona; Vt = 0
Variando If e medindo Ia obtém-se a característica de curto-circuito da máquina (SCC);
A característica Ia x If será linear, pois em curto consegue-se Ia nominal com reduzida excitação If;
Análise da máquina em curto:
Obs:
→ Ra << Xs
0_ min 0_ min_I no al no al
a scca s s
E Ej
R jX X
Ia= ¿
Icc
E0
0_ min _I Ino al f a scc sE X Consultar gráficos dos ensaios