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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DAS MÁQUINAS ELÉTRICAS MÁQUINAS SÍNCRONAS MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho Princípio de indução aplicado ao gerador de tensão MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho Princípio de Funcionamento Aplicado ao Motor Elétrico F=B·i ·L B - indução magnética do campo (Tesla) L - comprimento do condutor (m) i - corrente no condutor (A) F - força sobre o condutor na direção perpendicular ao campo magnético (Newton) Desta forma, se no arranjo da figura os terminais do condutor forem ligados a uma fonte de tensão de amplitude maior que a tensão gerada, haverá uma corrente circulando no condutor de sentido contrário ao caso anterior. Como o condutor se encontra no campo magnético pode-se medir uma força F que atua ao longo do condutor. MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho Princípio de Funcionamento Aplicado ao Motor Elétrico MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS ELEMENTOS MECÂNICOS DA MÁQUINA GERADORES SÍNCRONOS, ACIONADOS POR: Turbinas a vapor (turbo geradores) Altas velocidades Turbinas hidráulicas (hidrogeradores) Baixas velocidades MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho 1 MÁQUINAS SÍNCRONAS ELEMENTOS MECÂNICOS DA MÁQUINA MÁQUINAS SÍNCRONAS GERADOR SÍNCRONO ISOLADO ESTATOR: Parte fixa (armadura CA). Fases (induzido) Monofásicas: 1 enrolamento no estator Trifásicas: 3 enrolamentos no estator ROTOR: Parte cilíndrica girante (excitação CC) Possui o enrolamento de excitação, que envia uma corrente contínua através de escovas (indutor) EXCITATRIZ: Gerador CC para alimentar o enrolamento de campo (Rotor) – Potência ± 3% da potência da armadura. ESCOVAS: Faz a ligação entre a fonte externa (excitatriz) e o enrolamento de campo (rotor) MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS GERADOR SÍNCRONO EM PARALELO MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS TIPOS DE ROTORES Pólos lisos: enrolamentos distribuídos, sua periferia é perfeitamente lisa, altas velocidades (turbogeradores) Pólos salientes: periferia retangular, cada par de pólos sobre a periferia deve ser alternadamente norte e sul, baixas velocidades (geradores hidrelétricos). MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS ROTOR DE PÓLOS LISOS CORTE TRANSVERSAL (armadura – no estator) (no rotor) MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho 2 MÁQUINAS SÍNCRONAS ESQUEMÁTICO ELEMENTAR DE 2 PÓLOS LISOS MÁQUINAS SÍNCRONAS REPARTIÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO E DISPOSIÇÃO DAS BOBINAS DE UMA MÁQUINA DE 2 PÓLOS LISOS UM CAMPO MAGNÉTICO TEM SEMPRE DOIS PÓLOS: UM PÓLO NORTE E UM SUL MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS Distribuição da tensão induzida no enrolamento do estator de um gerador síncrono: fase a num máximo positivo. MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS CIRCUITO EQUIVALENTE MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS Distribuição da tensão induzida no enrolamento do estator de um gerador síncrono: fase b num máximo negativo. MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS GERADOR –CIRCUITO EQUIVALENTE E DIAGRAMA FASORIAL GERADOR(alternador): fornece corrente à rede MOTOR(compensadores síncronos): recebe corrente da rede MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho 3 MÁQUINAS SÍNCRONAS MOTOR –CIRCUITO EQUIVALENTE E DIAGRAMA FASORIAL MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS CIRCUITO EQUIVALENTE DO ROTOR: Perda Joule MÁQUINAS SÍNCRONAS CARACTERÍSTICA A VAZIO: É a corrente de excitação que determina o fluxo magnético no entreferro da máquina MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS BALANÇO DE POTÊNCIA DE UM GERADOR SÍNCRONO Pe = Ue Ie = Potência absorvida pelo rotor pe = U e I e = Re I e2 Pa = Potência mecânica absorvida pelo estator e pelo rotor Pu = Potencia elétrica útil do gerador Pmec = wC = Pot. Mecânica absorvida pelo estator C= torque útil (Nm); w = velocidade angular (radiano/seg pj = Perdas joule no estator pje = Perdas joule no rotor quando de excitação independente pc = Perdas mecânicas mais perdas no ferro MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS BALANÇO DE POTÊNCIA DE UM GERADOR SÍNCRONO Pa = Pmec + Pe = wC + Ue Ie MÁQUINAS SÍNCRONAS MOTOR –FUNCIONAMENTO COMO GERADOR OU MOTOR TORQUE(POTÊNCIA) x ÂNGULO DE POTÊNCIA Rendimento η= Pu ×100 Pa MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho 4 MÁQUINAS SÍNCRONAS MOTOR –FUNCIONAMENTO - POTÊNCIA MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MOTOR –FUNCIONAMENTO - POTÊNCIA MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS POTÊNCIA SINCRONIZANTE: pot adicional p/manter sincronismo Gerador síncrono em paralelo com barra infinita: Distúrbio varia ângulo de carga potência adicional p/ manter sincronismo MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS POTÊNCIA SINCRONIZANTE: pot adicional p/manter sincronismo Gerador síncrono em paralelo com barra infinita: Distúrbio varia ângulo de carga potência adicional p/ manter sincronismo MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MOTOR –FUNCIONAMENTO - POTÊNCIA MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS Ps = MÁQUINAS SÍNCRONAS MÁQUINAS SÍNCRONAS ROTOR DE PÓLOS SALIENTES V0Va ∆ cos σ Xs MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho 5 MÁQUINAS SÍNCRONAS MÁQ. SÍNCRONA ELEMENTAR DE PÓLOS SALIENTES MÁQUINAS SÍNCRONAS REPARTIÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO E DISPOSIÇÃO DAS BOBINAS DE UMA MÁQUINA DE 4 PÓLOS SALIENTES UM CAMPO MAGNÉTICO TEM SEMPRE DOIS PÓLOS: UM PÓLO NORTE E UM SUL MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS MÁQUINA DE PÓLOS SALIENTES MÁQUINA DE PÓLOS SALIENTES EIXO DIRETO E EIXO EM QUADRATURA COM OS PÓLOS DO ROTOR EIXO DIRETO E EIXO EM QUADRATURA COM OS PÓLOS DO ROTOR MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS MÁQUINA DE PÓLOS SALIENTES EIXO DIRETO E EIXO EM QUADRATURA COM OS PÓLOS DO ROTOR MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho MÁQUINAS SÍNCRONAS USINA HIDRELÉTRICA DE Rhinau sur le Rhin NA FRANÇA. 4 GERADORES de 42000 kVA CADA VELOCIDADE 75 RPM COM TURBINAS Kaplan EIXO VERTICAL, 350 m3/s MÁQUINAS SÍNCRONAS Prof. Aurino Almeida Filho 6
