MMaquinas Sincronas

Introdução

As máquinas síncronas são máquinas reversíveis, pois funcionam como motores ou como geradores, sendo maioritariamente utilizadas como geradores (alternadores) para a produção de energia eléctrica a partir de energia mecânica. O seu funcionamento como motores é efetuado apenas em situações em que é exigido grande potência, pois para baixa potência o motor assíncrono apresenta melhores características. Neste trabalho analisou-se uma máquina síncrona a funcionar como gerador.

As máquinas síncronas constituem uma das famílias de máquinas eléctricas mais importantes da actualidade. Os geradores síncronos produzem a maior parte da energia eléctrica consumida no mundo. Por sua vez, os motores 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 factor de potência ser regulável.

Portanto, uma máquina síncrona é uma máquina de corrente alterna na qual a frequência da tensão induzida e a velocidade possuem uma relação constante.

A sua velocidade de rotação é por esse motivo designada a velocidade de sincronismo e é dada por:

Onde f é a frequência (em Hz) e p o número de pares de pólos.

Em termos de particularidades construtivas, o induzido da máquina síncrona, normalmente no estator, é idêntico ao da máquina assíncrona, e portanto constituído por um enrolamento distribuído, normalmente trifásico e com um ou mais pares de pólos.

O indutor, no rotor, é constituído por um enrolamento monofásico alimentado por corrente contínua, também designado enrolamento de campo ou de excitação, embora se assista a um progressivo uso de ímanes permanentes em substituição desse enrolamento, nas unidades de menor potência.

Neste último órgão apresenta-se sob duas formas possíveis, originando duas famílias de máquinas:

Máquinas de rotor cilíndrico, ditas turbo-alternadores ou turbo-motores. Neste caso o enrolamento rotórico é distribuído.

Máquinas de pólos salientes, em que o enrolamento é constituído por bobines concentradas em torno das cabeças polares.

Questões

Os 50 Hz nunca serã atingidos porque como se trata de uma máquina assincrona, a velocidade de rotação do rotor é inferior à velocidade de rotação do campo girante. Num motor assíncrono parado, a frequência das correntes na bobina do rotor é igual à frequência das correntes do estator, assim sendo à medida que o rotor acelera a frequência das correntes do rotor diminui, e dessa forma o rotor passa a rodar com uma velocidade inferior a velocidade de sincronismo. Isso ocorre porque nesse tipo de maquinas ocorre o fenomeno do escorregamento, sendo este a diferença entre a velocidade de sincronismo e a velocidade do rotor.

Ensaio em vazio

As resistências Rr (resistências do rotor) e Rc (resistências do campo de excitação), são colocadas no seu valor máximo.

Com o alternador em vazio, arrancou-se o motor reduzindo progressivamente Rr até que este atinja a sua velocidade máxima. Reduziu-se entao Rc progressivamente (aumentando a corrente de excitação) ate que a tensão composta do alternador, Uc, fosse igual a 380V.

Registou-se então na seguinte tabela:

ENSAIO COM AUMENTO GRADUAL DA CORRENTE DE CAMPO

Corrente de Campo

IEX [mA] 0,268 0,795 0,968 1,198 1,3 1,552

Tensão Simples

Us [V] 50 225 270 315 330 370

Seguidamente com o grupo na sua velocidade máxima, e pelo processo descrito será feito o inverso ajustando progressivamente os valores de Iex encontrados no ensaio de aumento, até que a tensão composta do alternador, Uc seja nula, sempre mantendo os valores de Iex registados em tabela anterior.

Então observaram-se os seguintes valores:

ENSAIO COM DIMINUIÇÃO GRADUAL DA CORRENTE DE CAMPO

Corrente de Campo

IEX [mA] 1,552 1,177 0,879 0,744 0,484 0,27

Tensão Simples

Us [V] 370 320 260 220 157 100

Estes valores são representados Uc=f(Iex) no seguinte gráfico:

Observa-se que a variação da tensão ocorria proporcionalmente com a variação da corrente de excitação, e que o espaçamento existente entre as duas curvas demosnstram as perdas ocorridas por conta das reactancias.

Ensaio em curto circuito

A saída do alternador foi curto-circuitada com Rc no valor máximo, arrancou-se o grupo até á sua velocidade máxima. A corrente de campo, Iex, foi aumentada lenta e progressivamente, a partir de zero, até que a corrente nos enrolamentos do estator atingiu o valor nominal I=IN.

Para cada valor de Iex registou-se os valores das grandezas da tabela 2:

ENSAIO COM AUMENTO GRADUAL DA CORRENTE DE CAMPO

Corrente de Campo

IEX [mA] 0,657 0,819 1,1 1,38 1,62 1,32 1,04 0,78

Corrente no Estator

Ia [mA] 2,39 2,97 3,94 5 5,88 4,79 3,83 2,92

Com este registo de valores foi elaborado o seguinte gráfico da corrente da corrente da armadura em função da corrente de campo:

Observa-se um comportamento