Corrente de Curto Circuito de Alternador Síncrono

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

Escola de Engenharia

Departamento de Engenharia Elétrica

ENG04408 – Conversão Eletromecânica de Energia II

Análise espectral da corrente de curto circuito de um alternador síncrono

CRISTIAN LOPES

Porto Alegre, novembro de 2016

1. INTRODUÇÃO

        

O presente trabalho apresenta a análise espectral da corrente de curto circuito de um alternador síncrono. Essa corrente é produzida quando a armadura de um alternador síncrono, trabalhando em condições nominais, sofre um curto circuito. A corrente gerada apresenta um comportamento senoidal e decresce exponencialmente. Pode-se dividir o comportamento da corrente em três períodos: subtransitório, transitório e corrente permanente de curto circuito.

Para a realização do experimento, foi ligada a máquina síncrona trabalhando como alternador, enquanto um motor CC era usado como máquina primária. Com o alternador síncrono trabalhando nas condições nominais foi curto circuitada a sua armadura. A corrente gerada foi medida em um resistor shunt com o osciloscópio. A partir desta medida, foi possível realizar a transformada de Fourier do sinal com o algoritmo Fast Fourier Transform (FFT). Por fim, foi realizada a análise dos resultados obtidos.

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1. OBJETIVO

O objetivo deste trabalho é a análise da corrente de curto circuito da armadura de um alternador síncrono. O trabalho visa realizar a aquisição da forma de onda da corrente de curto circuito com o osciloscópio, para, então, realizar a Transformada de Fourier dessa forma de onda a fim de analisá-la.

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1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Quando ocorre um curto circuito nos terminais da máquina síncrona, inicialmente, acontece o período subtransitório, em que uma corrente é induzida na armadura para manter o fluxo constante. Em seguida, essa corrente começa a diminuir exponencialmente chegando ao período transitório. Nesse período, a variação da corrente de armadura induz uma corrente transitória no enrolamento de campo também. Por fim, quando o enrolamento de campo retorna ao seu de regime permanente, a corrente na armadura atinge o regime permanente de curto-circuito. A Figura 1 apresenta esses períodos para a corrente de armadura após um curto-circuito.

Figura 1 - Corrente de armadura após um curto-circuito

[pic 1]

Esta corrente pode ser expressa pela equação abaixo.

[pic 2]

1. EXPERIMENTO PRÁTICO

Para a aquisição da forma de onda da corrente, inicialmente, foi montado o circuito apresentado na Figura 2. Realizou-se a utilização da máquina síncrona como gerador e um motor CC como máquina primária.

Figura 2 – Esquema de montagem para medição da corrente de curto circuito do alternador síncrono

[pic 3]

Com o circuito montado, manipulou-se a máquina primária até que esta atingisse a velocidade rotacional nominal da máquina síncrona, verificando por meio do software Catman da HBM. Em seguida, excitou-se o enrolamento de campo do alternador síncrono até que se obtivesse a tensão nominal do mesmo nos terminais de armadura. Finalizada essa etapa, com o auxílio do osciloscópio digital conectado ao resistor shunt ligado em série com uma das fases do enrolamento de armadura da máquina síncrona, manuseou-se a chave faca para realizar o breve curto circuito. Assim, foi possível adquirir a forma de onda da corrente ocasionada por esse evento.

Por fim, foi realizada a FFT dessa corrente utilizando o software MATLAB para a análise espectral do sinal. O programa desenvolvido com o MATLAB é apresentado na Figura 3.

Figura 3 – Programa desenvolvido em MATLAB para cálculo da FFT da corrente de curto circuito

[pic 4]

 

1. RESULTADOS E DISCUSSÕES

A corrente obtida com o osciloscópio é apresentada na Figura 4. Observa-se que a corrente apresenta a forma senoidal com decaimento exponencial como esperado. Pode-se notar o período subtransitório inicial, em seguida, o período transitório e a chegada ao regime permanente de curto circuito.