Aula18_CEE2

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18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 1
E i V i C t i it P li iEnsaios em Vazio e em Curto-circuito – Preliminares
Em um modelo de fonte em série com uma impedância, pode-se 
determinar o valor da fonte e o valor da impedância através dos 
ensaios em vazio e em curto-circuito
• Ensaio em vazio: • Ensaio em curto-circuito:
VE
curto
vazio
curto I
V
I
EZ vazioVE
No caso da máquina síncrona, estes ensaios permitem avaliar a 
impedância R + jX a saturação da máquina as perdas rotacionais aimpedância Ra + jXs, a saturação da máquina, as perdas rotacionais, a 
regulação e a chamada relação de curto-circuito (“short-circuit ratio”) 
18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 2
E i V iEnsaio em Vazio
Acionamos a máquina na velocidade síncrona, mantendo o estator 
bem aberto
Excitamos o circuito de campo, variando a corrente de excitação If
d d té l i d t d i ldesde zero até valores acima da corrente de campo nominal
Medimos a tensão de linha no estator e a corrente de campo
O resultado obtido é a curvaO resultado obtido é a curva 
característica a vazio (cav)
A cav mostra o efeito da saturaçãoA cav mostra o efeito da saturação 
produzida no circuito magnético pela 
FMM do enrolamento de campodo e o a e o de ca po
18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 3
E i V iEnsaio em Vazio
No início da curva, a característica é linear 
(não há saturação). Assim, define-se a 
“li h d f ” áfi“linha de entreferro” no mesmo gráfico
A partir da linha de entreferro, determina-
se o ponto de tensão nominal (tensão dese o ponto de tensão nominal (tensão de 
linha Oa) e de corrente nominal (corrente 
de campo Of )de campo Of )
Verificamos que é preciso efetivamente 
mais corrente de excitação (Of' ) paramais corrente de excitação (Of ) para 
produzir a tensão terminal nominal
18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 4
Exemplo 18 1 O ensaio a vazio de um gerador síncrono trifásico de 60 HzExemplo 18.1. O ensaio a vazio de um gerador síncrono trifásico de 60 Hz, 
resulta uma tensão nominal a vazio de 13,8 kV, produzida por uma corrente 
de excitação de 318 A. A corrente de campo para produzir 5,25 kV nominais é ç p p p , V
de 100 A. Determine os valores saturado e não-saturado de Laf (indutância 
mútua armadura-campo).
Oa: 13,8 kV (1,0 pu)
Of': 318 AOf : 318 A
Of 100 A
Oa1: 5,25 kV
Of1: 100 A
(Of: 1,0 pu)
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E i C t i itEnsaio em Curto-circuito
Acionamos a máquina na velocidade síncrona, curto-circuitando os 
i i dterminais do estator
Excitamos o circuito de campo, variando a corrente de excitação If
d d té l i d t d i ldesde zero até valores acima da corrente de campo nominal
Medimos a corrente de fase no curto-circuito e a corrente de campo
 l d b idO resultado obtido é a curva 
característica de curto-circuito (ccc)
A é d h d áfi dA ccc é desenhada no mesmo gráfico da 
curva característica a vazio com eixo 
vertical colocado à direitavertical colocado à direita
18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 6
E i C t i itEnsaio em Curto-circuito
No ensaio em curto, a tensão gerada é da 
d d 1 % d i lordem de 15 % da tensão nominal. 
Assim, nesta condição, a máquina não 
apresenta saturaçãoapresenta saturação
Desprezando a queda na resistência da 
armadura a reatância síncrona nãoarmadura, a reatância síncrona não 
saturada é determinada pelas curvas cav
e ccc (conforme transparência 1)e ccc (conforme transparência 1)
 
 puOaXOaX  ou  
 pu
pu bO
X
bO
X  ss ou3
N di f i lNo diagrama fasorial em curto-
circuito, a corrente de armadura está 
atrasada de aproximadamente 90º daatrasada de aproximadamente 90º da 
tensão gerada Eaf
18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 7
E i C t i itEnsaio em Curto-circuito
A reatância síncrona saturada é definida 
l i l l dpela tensão nominal e pela corrente de 
armadura e sua corrente de campo 
correspondente Desta forma:correspondente. Desta forma:
 puOaXOaX       
 pu
pu
pusatsat cO
X
cO
X  ss ou3
Finalmente, definimos a relação de 
curto-circuito (RCC) como sendo a 
razão entre a corrente de excitação 
para tensão nominal (Of' – cav) e a 
t d it ã tcorrente de excitação para corrente 
nominal (Of'' – ccc)
fO 
fO
fORCC 
18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 8
Exemplo 18 2 Uma máquina síncrona de 50 kVA 550 V 60 Hz e conexãoExemplo 18.2. Uma máquina síncrona de 50 kVA, 550 V, 60 Hz e conexão 
em Y tem tensão de 300 V em aberto quando a excitação é de 14 A. Na 
mesma excitação e em curto-circuito, a máquina apresenta corrente de 160 A. 
E l 18 3 O lt d d i i t i it
Foi medida nos terminais uma resistência de 0,192 . Determine a reatância 
síncrona da máquina.
Exemplo 18.3. Os resultados dos ensaios em vazio e em curto-circuito para 
uma máquina síncrona trifásica ligada em Y de 45 kVA, 220 V, seis pólos e 
60 Hz são mostrados a seguir. Calcule (a) a reatância síncrona não saturada; g ( ) ;
(b) a reatância síncrona saturada e (c) a relação de curto-circuito da máquina.
Linha de entreferro:
If = 2,20 A; Va(linha) = 202 V
Característica a vazio:
If = 2,84 A; Va(linha) = 220 V
C t í ti d t i itCaracterística de curto-circuito:
If = 2,20 A; Ia = 118 A
If = 2,84 A; Ia = 152 Af , ; a
18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 9
Regulação
Em uma dada condição de operação, temos a tensão terminal Va (por 
exemplo tensão nominal) em certa condição de carga (potência e p ) ç g (p
fator de potência terminais) em uma dada velocidade
Ao se remover a carga dos terminais, mantendo a velocidade e a g ,
mesma excitação, a tensão terminal fica sendo uma certa tensão em 
circuito aberto Eococ
Define-se a regulação para esta condição como sendo:
aoc VER 
a
aoc
V
R
18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 10
Exemplo 18.4. Uma máquina síncrona de 50 kVA, 550 V, 60 Hz e conexão em Y tem p q , ,
tensão de 300 V em aberto quando a excitação é de 14 A. Na mesma excitação e em 
curto-circuito, a máquina apresenta corrente de 160 A. Foi medida nos terminais uma 
resistência de 0 192  Determine a reatância síncrona da máquina (Exemplo 18 2)resistência de 0,192 . Determine a reatância síncrona da máquina. (Exemplo 18.2). 
Determine a regulação da máquina quando a mesma opera em carga nominal com 
fator de potência de 0,8 atrasado.
E l 18 5 A t í ti d d t ifá i d 133 MVA 13 8Exemplo 18.5. As curvas características de um gerador trifásico de 133 MVA, 13,8 
kV, 60 Hz são mostradas a seguir. Determine (a) as reatâncias síncronas saturada e
não saturada; (b) a corren-; ( )
te de excitação aproxima-
da, para operação em 
t ã i l ttensão nominal, corrente 
nominal e fator de potên-
cia de 0,8 atrasado; (c) a , ; ( )
regulação de tensão.
18 – A máquina síncrona – testes em vazio e em curto-circuito 11
Exemplo 18.6. Um gerador síncrono trifásico de 133,69 MVA; 13,8 kV; 60 Hz p g , ; , ;
e 2 polos apresenta os dados das curvas em vazio e em curto-circuito listados 
nas tabelas a seguir. (a) Esboce os gráficos das curvas características da máqui-
( ) i di d li h d t f (b) D t i tâ i ína (cav e ccc), indicando a linha de entreferro. (b) Determine a reatância sín-
crona saturada e não saturada. Apresente os resultados em  e em pu. (c) De-
termine a relação de curto-circuito RCC para este gerador. (d) Determine a ç p g ( )
indutância mútua saturada e não saturada entre armadura e campo. (e) Deter-
mine a tensão gerada e a regulação para operação em carga nominal com fator 
de potência unitário (f) Repita o item (e) para operação em carga nominal comde potência unitário. (f) Repita o item (e) para operação em carga nominal com 
fator de potência 0,9 indutivo. (g) Repita o item (e) para operação em carga 
nominal com fator de potência 0,9 capacitivo. p , p
Curva Característica a Vazio 
(cav)
Curva Característicaem 
Curto-Cirtuio (ccc)
I (A) Tensão de linha (kV) I (A) I (A)If (A) Tensão de linha (kV) If (A) Ia (A)
0 0 0 0
385 11,05 795 5594
545 13 80545 13,80
700 15,20
980 16,50
1190 17 25 Entregar na 1190 17,25
1470 17,95
1650 18,20
g
segunda 21/05.