Aula 11 - Maquina Sincrona - Resumido

8/18/2019 Aula 11 - Maquina Sincrona - Resumido

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Máquinas Síncronas

Aplicações e Exercícios

Máquina Síncrona

Enrolamento de campo

Enrolamento armadura

O princípio de funcionamento da máquina

síncrona é baseado na lei da indução de

Faraday.


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O motor síncrono não entra em

funcionamento assim que conectado arede de alimentação.

Motor síncrono

Partida do motor síncrono


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Controle de velocidade do

motor síncrono Variação da freqüência de alimentação.

Anéis Coletores – Alimentaçãodo campo


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Excitatriz

Fonte responsável pelo fornecimento da

energia para o enrolamento de campo

As tensões de fornecimento variam de 50

a 1500V e suas potências situam-se

entre 1 e 5% da potência da máquina

Excitatriz Rotativa


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Excitatriz Rotativa

São geradores CC Shunt autoexcitados ou Compound

Excitatriz Rotativa


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Excitatriz Estática

• O Campo do gerador é

conectado através de

escovas e anéis a um

conversor eletrônico, o qual

é controlado através de umregulador de tensão.

Excitatriz Estática


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Excitatriz Brushless

A excitatriz é composta por um alternador de pólos

fixos e armadura girante e uma ponte retificadora



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Vantagens e Desvantagens

O controle e automação de um

motor síncrono não é tão

simples quanto o de um motor

assíncrono.

Para baixas velocidades,

possuem menor peso do que

seu equivalente assíncrono.

Uma perturbação no sistema

poderá fazer com que o motor

perca o sincronismo e causar a

sua parada.

Apresentam bom rendimento,

mesmo trabalhando com carga

parcial.

Necessidade de usar corrente

contínua para a sua excitação. Em elevadas potências e

baixas velocidades, são mais

econômicos.

Na partida, não poderá partir

como um motor síncrono

propriamente dito, porque não

possui conjugado de partida.

Permitem fácil controle do fator

de potência através da corrente

de campo. Podem auxiliar na

correção do fator de potência.

DesvantagensVantagens


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Motor Síncrono com imã permanente

O motor síncrono com imã permanente no rotor

apresenta um elevado rendimento, baixo nível

de ruído e tamanho reduzido.

A presença de imãs de terras raras elimina a

necessidade de alimentar o circuito de campo,eliminando a circulação de corrente no rotor.

Reduzem-se assim as perdas por efeito Joule

no rotor e a temperatura de operação do motor. Por trabalhar mais frio, aumenta-se a vida útil da

máquina.

Motor Síncrono com imã permanente

Curva torque x velocidade


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Aplicações:

Usinas hidroelétricas, usinas nucleares

ou termoelétricas.

Bombas e em aplicações de potência

fracionaria como relógios elétricos,

temporizadores e outras aplicações onde

a velocidade constante é necessária.

Aplicações em que a velocidadeconstante é necessária.

Centrais Hidrelétricas


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Velocidade síncrona

P

f n s

⋅=120

snn = Principal característica: velocidade constante

Nota: O campo girante gira na mesma velocidade do rotor.

Onde:

f – freqüência em Hz.

n – velocidade do rotor em rpm. P – número de pólos da máquina.

Gerador Síncrono

w f f K f E ⋅⋅⋅⋅= φ 44,4

A tensão induzida em cada enrolamento é:

Φf – fluxo por pólo devido à corrente de excitação.

N – numero de espiras do enrolamento.

Kw – Fator de enrolamento. Para a maioria das

máquinas trifásicas esse fator varia de 0,85 a 0,95.


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Considere um máquina síncrona com 8 pólos. Se a

freqüência da tensão for igual a 50Hz, qual a velocidade de

rotação em rpm?

P

f n s

⋅=120

rpmnn s 750

8

50120=

⋅==

Considere uma máquina síncrona de 4 pólos sendo acionadaa 1800 rpm por uma máquina motriz. Considerando os dados

abaixo, qual a tensão gerada em volts?

N=250

Kw=0,9

Φ=10-3Wb w f k f E ⋅⋅⋅⋅= ϕ 44,4

f n s

⋅=120

9,0250106044,4 3 ⋅⋅⋅⋅= − f E

Hz f f

604

1201800 =⇒

⋅=

V E f 94,59=


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O rotor de um gerador de 6 pólos, 60 Hz produz um fluxo polar

de 5M linhas por pólo. Determine a velocidade na qual o gerador

deve ser movimentado para produzir a freqüência nominal. Qual

a tensão eficaz por fase? Considere que o estator tem 200espiras e kw = 1.

Wblinha 8101 −= mWb5010105 86 =⋅⋅= −ϕ

rpm P

f n 1200

6

60120120=

⋅==

w f k f E ⋅⋅⋅⋅=

ϕ 44,4

kV E f 66,220010506044,4 3

=⋅⋅⋅⋅= −

Fator de potência

Aparentemente, o produto entre a tensão

e a corrente seria a potência necessária

para o motor executar o seu trabalho.

Mas ocorre que, para o motor elétrico

executar a transformação de energia

elétrica em mecânica, ele necessitamagnetizar os circuitos magnéticos do

rotor e do estator .


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Potência reativa

Corresponde à energia armazenada na

forma de campo magnético, necessária

para a manutenção do fluxo magnético

nas máquinas elétricas.

Sem a corrente de magnetização a

energia não poderia fluir através dos

núcleos dos transformadores ou nosentreferros das máquinas rotativas.

Correção do fator de potência

O uso de capacitores é o mais utilizado.

Dois métodos para correção:

1. Um único banco de capacitores é instalado

na entrada do sistema de distribuição;

2. Vários bancos menores de capacitores

são instalados junto aos motores;


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Cálculo da potência reativa

S

P FP == θ cos

222 Q P S +=

][VAr sen I V Q θ ⋅⋅=

][VA I V S ⋅=

][cos W I V P θ ⋅⋅=

Considere um motor de 50CV operando a plena carga, com

rendimento para esta condição de 91%. O fator de potência atual é

0,87 e deseja-se corrigi-lo para 0,95. Qual a potência do banco?

kW CV

P 44,4091,0

73650736=

⋅=

⋅=

η

kVAS 48,4687,0

44,402 ==

kVAS 57,42

95,0

44,401 ==

kVAr Q 91,22)44,4048,46( 22

2 =−= kVAr Q 29,13)44,4057,42( 221 =−=

kVAr QQkVAr scapacitore 63,929,1391,2212 =−=−=


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Máquina síncrona pólos lisos.

• Uma característica importante do

motor síncrono é que ele pode

solicitar da rede uma corrente em

atraso ou em avanço.

• Através do controle da corrente

de campo do motor síncrono, é

possível controlar o fator de

potência da planta industrial.

Controle da corrente de campo

para correção do fator de potência


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Em uma indústria, uma máquina síncrona é instalada para

melhorar o fator de potência da instalação. Sabendo que

nessa indústria, existem 800kVA de motores de indução,

com fator de potência igual a 0,82 em atraso. A potênciapara a máquina síncrona a ser instalada é 500kVA, com fator

de potência unitário. Qual o fator de potência da indústria

após a instalação da máquina síncrona?

kW k S P 65682,0800cos =⋅=⋅= θ

r kVAk P S Q 9,457656800 2222

=−=−=

kW k k P 156.1500656' =+=

kW P 500=

r kVAQ 0=

r kVAQ 9,457'=

kVAk S 243.1156.19,457 22' =+=

9297,0243.1

156.1'

'

===

S

P FP

Em uma indústria, uma máquina síncrona é instalada paramelhorar o fator de potência da instalação. Sabendo que


com fator de potência igual a 0,8 em atraso. A potência para

a máquina síncrona a ser instalada é 450kVA, com fator de

potência unitário. Qual o fator de potência da indústria após

a instalação da máquina síncrona?

kW k S P 7608,0950cos =⋅=⋅= θ

r

kVAk P S Q 570760950 2222

=−=−=

kW k k P 210.1450760' =+=

kW P 450=

r kVAQ 0=

r kVAQ 570'=

kVAk S 338.1210.1570 22' =+=

9046,0338.1

210.1'

'

===

S

P FP


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Em uma indústria, uma máquina síncrona é instalada para

melhorar o fator de potência da instalação. Sabendo que


com fator de potência igual a 0,8 em atraso. A potência paraa máquina síncrona a ser instalada é 350kVA, com fator de

potência 0,96 em atraso. Qual o fator de potência da

indústria após a instalação da máquina síncrona?

kW k S P 6008,0750cos =⋅=⋅= θ

r kVAk P S Q 450600750 2222

=−=−=

kW k k P 936336600' =+=

r VAk k Q 54898450'

=+=

kVAk S 085.1936548 22' =+=

863,0085.1

936'

'

===

S

P FP

kW k S P 33696,0350cos =⋅=⋅= θ

r kVAk P S Q 98336350 2222

=−=−=

Em uma indústria, uma máquina síncrona é instalada paramelhorar o fator de potência da instalação. Sabendo que

nessa indústria, existem 1.250kVA de motores de indução,

com fator de potência igual a 0,78 em atraso. A potência

para a máquina síncrona a ser instalada é 550kVA, com fator

de potência 0,95 em avanço. Qual o fator de potência da

indústria após a instalação da máquina síncrona?

kW k S P 97578,0250.1cos =⋅=⋅= θ

r

kVAk P S Q 2,782975250.1 2222

=−=−=

kW k k P 5,496.15,522975' =+=

r VAk k Q 6091732,782'

=−=

kVAk S 616.16095,496.1 22'

=+=

926,0616.1

5,496.1'

'

===

S

P FP

kW k S P 5,52295,0550cos =⋅=⋅= θ

r kVAk P S Q 1735,522550 2222 =−=−=


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Em uma fábrica, a carga total drena 2000kW com um fator

de potência de 0,6 em atraso, a partir de uma rede de

6.000V. Um compensador síncrono é adquirido para elevar,

até a unidade, o fator de potência total. Imaginando asperdas do compensador síncrono iguais a 275kW, calcule:

P

Qtg =θ

o13,53)6,0(cos 1 == −θ

a) Os KVAr originais em atraso.

Os KVAr para FP=1.

A capacidade em KVA do

compensador síncrono e seu

fator de potência.

r

o kVAtg P Q 667.2)13,53( =⋅=

Em uma fábrica, a carga total drena 2000kW com um fatorde potência de 0,6 em atraso, a partir de uma rede de

6.000V. Um compensador síncrono é adquirido para elevar,

até a unidade, o fator de potência total. Imaginando as

perdas do compensador síncrono iguais a 275kW, calcule:

1,02681

275cos ===

cs

cs

S

P θ

a) Os KVAr originais em atraso.

Os KVAr para FP=1.

A capacidade em KVA do

compensador síncrono e seu

fator de potência.

kVAk Q P S cscscs 682.22667275 2222 =+=+=


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Considere um motor acionando uma carga de

20CV, tal que sua eficiência para esta condição

de carga é 93%. O fator de potência de operação

é 0,89 e deseja-se corrigi-lo para 0,93. Qual apotência reativa de capacitores necessária?

kW CV

P 8,1593,0

73620736=

⋅=

⋅=

η

kVAS 78,1789,0

8,152 ==

kVAS 1793,0

8,151 ==

kVAr Q 15,8)8,1578,17( 22

2 =−= kVAr Q 3,6)8,1517(

22

1 =−=

kVAr QQkVAr scapacitore 85,13,615,812 =−=−=

Considere a situação abaixo ilustrada. Calcule ofator de potência e a potência aparente fornecida

pela subestação. Sugestão: Traçar o triângulo de

potência para cada carga individual.

kW P 50= r kVAQ 0=

kW k P 1808,0225 =⋅=

r kVAk Q 135180225 22

=−=

kW k P 608,075 =⋅=

r kVAk Q 456075 22

−=−−=

kW P T 290=

r T kVAQ 90=

kVAS T 6,303=

955,06,303

290== FP


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Em uma indústria, uma máquina síncrona é instalada para melhorar o

fator de potência da instalação. Sabendo que nessa indústria, existe um

motor de indução de 150kVA, com fator de potência igual a 0,81 em

atraso, existe um outro motor de indução de 250kVA, com fator de

potência igual a 0,75 em atraso e um motor de indução de 350kVA, com

fator de potência igual a 0,69 em atraso. A potência para a máquinasíncrona a ser instalada é 500kVA, com fator de potência 0,95 em avanço.

Qual o fator de potência da indústria após a instalação da máquina

síncrona?

kW k P 5,12181,0150 =⋅=

r kVAk Q 885,121150 22

=−=

kW k P 5,18775,0250 =⋅=

r kVAk Q 4,1655,187250 22

=−=

kW k P 5,24169,0350 =⋅=

r kVAk Q 3,2535,241350 22

=−=

kW P T

026.1=

r T kVAQ 7,350=

kW k P 47595,0500 =⋅=

r kVAk Q 156475500 22

−=−−=

kVAS T 084.1=

946,0084.1

026.1== FP

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