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
Excitatriz Brushless
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Excitatriz Brushless
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
nessa indústria, existem 950kVA de motores de indução,
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
nessa indústria, existem 750kVA de motores de indução,
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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