As Máquinas síncronas constituem uma das famílias de máquinas elétricas mais importantes

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Universidade Federal do ABC

MÁQUINAS SÍNCRONAS

Ensaio em vazio em curto

Santo André - SP

Julho/2017

1. OBJETIVOS:

Este experimento teve como objetivo a utilização do motor  síncrono (MS), com operação no modo gerador acionado por um motor de corrente contínua (MCC), nos ensaios em vazio e em curto; e a análise destes resultados, segundo a teoria apresentada na introdução.

1. INTRODUÇÃO:

As máquinas síncronas constituem uma das famílias de máquinas elétricas mais importantes: os geradores síncronos produzem a maior parte da energia eléctrica consumida no mundo, enquanto os motores síncronos são muito utilizados, tanto pela característica de possuírem uma velocidade garantida em função da frequência, como pela característica, de resto comum aos dois modos de funcionamento, do seu fator de potência ser regulável.

Devido a razões construtivas e ao seu custo maior em relação às máquinas de indução, elas são entretanto mais utilizadas como geradores. Uma utilização típica da máquina síncrona funcionando como gerador é em centrais elétricas, independente do seu tipo (hídrica, a carvão, a diesel, etc...). Praticamente toda a energia elétrica disponível é produzida por geradores síncronos em centrais elétricas; eles convertem, assim energia mecânica em elétrica. Geradores síncronos também são utilizados para geração de energia elétrica em centrais de pequeno porte e em grupos geradores de emergência, os quais são instalados em indústrias, hospitais, aeroportos, etc...

A máquina síncrona é composta do estator, onde está alojado o enrolamento do estator, nele será induzida uma tensão alternada que produzirá uma corrente igualmente alternada quando o mesmo se encontrar sob carga. O rotor contém um enrolamento que é alimentado com corrente contínua e que serve para criar campo magnético principal na máquina.

Na máquina síncrona os condutores são fixos na armadura e o campo magnético é forçado pela máquina primária a se mover. A máquina primária é acoplada ao rotor, exercendo sobre os pólos (alojados no rotor) uma força, fazendo-os girar. A tensão nos terminais do gerador é gerada pelo movimento entre o campo e o condutor. Ao ser ligado a uma carga a tensão induzida faz com que circule corrente pelo gerador e pela carga. A potência mecânica transferida pela máquina primária é assim convertida em energia elétrica.

Na Figura 1 podemos ver uma figura esquemática na máquina síncrona.

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Figura 1: Máquina Síncrona.

O enrolamento de campo é alimentado por uma fonte de corrente contínua por meio de anéis deslizantes. O gerador síncrono produz uma tensão do tipo alternada senoidal, podendo ser monofásica ou trifásica.

A partir do momento em que o indutor cria um campo constante φ e um dos enrolamentos rodar a uma velocidade constante Ω (rad/s), será gerada uma tensão nos terminais de cada fase dada pela equação 1, em que  representa a velocidade do campo magnético em radianos elétricos por segundo, p é o número de pares de pólos e Ni é o número de espiras por fase. [pic 4]

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(1)

O valor eficaz da tensão induzida será então:

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(2)

sendo K um valor constante, chamado fator de enrolamento.

A frequência da tensão induzida é dada por . O valor da tensão é por isso proporcional ao fluxo criado pelo indutor, mas a relação com a corrente de excitação não é igual devido à existência da saturação. Esta relação torna-se ainda menos linear a partir do momento em que circule corrente nos enrolamentos estatóricos, pois pela lei de Lenz serão responsáveis pela criação de um campo normalmente oposto ao do indutor, efeito conhecido por reação do induzido.[pic 7]

1. METODOLOGIA:

Neste item serão apresentados os materiais e metodologias utilizadas neste experimento.

Lista de materiais:

• 1 conjunto de máquinas (c.c. + síncrona)
• 1 variador de tensão trifásico com saída retificada
• 1 variador de tensão monofásicos com saída retificada
• 1 fonte c.c.
• 5 multímetros
• 1 tacômetro

Com os dados da placa da máquina síncrona, foi determinada a corrente nominal a partir da tensão e potência nominais da máquina síncrona.

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Foi medida a tensão entre duas das fases das máquinas síncrona nos terminais         U-V, U-W e V-W, estão apresentados na Tabela 1.

Tabela 1: Resistência da máquina síncrona.

Ruw (Ω)	7,5
Ruv (Ω)	7,2
Rvw (Ω)	7,9

Para realizar as conexões do motor de corrente contínua com alimentação independente, foi conectada primeiramente a saída retificada do variador de tensão monofásico ao campo da MCC. Após essa etapa foi conectada a saída retificada do variador de tensão trifásico à armadura da MCC, conectando os multímetros para aferir a corrente e a tensão.

Para realizar as conexões da máquina síncrona como gerador foi conectado a fonte c.c. ao campo da máquina síncrona com a opção paralelo e track, conectando os multímetros para aferir a corrente e a tensão.

Foi conectado também um voltímetro entre duas fases da armadura da máquina síncrona para aferir a tensão gerada.

O motor c.c foi acionado com uma tensão de campo de 180 V e com rotação em 1800 RPM.

ENSAIO EM VAZIO

O controle da velocidade foi realizado através da tensão de armadura (Va~180V), mantida em torno de 1800 RPM. Foi levantado a tensão gerada aumentando gradualmente a corrente de campo, respeitando os limites de máxima corrente no campo de 6 A e tensão de 12 V, mantendo a rotação constante em torno de 1800 RPM.