6 Prática Máquinas Síncronas Em Regime Permanente

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UNIVERSIDADE DA INTEGRAÇÃO INTERNACIONAL DA LUSOFONIA 
AFRO-BRASILEIRA 
INSTITUTO DE ENGENHARIAS E 
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL CURSO DE 
ENGENHARIA DE ENERGIAS 
 
 
 
 
MANOEL NAZARENO RIBEIRO FILHO 
 
 
 
DISCIPLINA: EEN116 - LABORATÓRIO DE CONVERSÃO 
ELETROMECÂNICA 
PROFESSOR(A): HUMBERTO ICARO PINTO FONTINELE 
 
 
 
6° Prática – Máquinas Síncronas Em Regime Permanente 
 
 
 
REDENÇÃO-CE 
2022 
 
Sumário 
 
1 OBJETIVOS .................................................................................................................................. 3 
2 METODOLOGIA ........................................................................................................................... 3 
3 RESULTADOS .............................................................................................................................. 5 
3.1 Dados de Placa da Máquina Ensaiada ................................................................................. 5 
3.2 Dados das Medições............................................................................................................ 6 
3.3 Curvas em Vazio e em Curto-Circuito ................................................................................. 7 
3.4 Questionário do Pré-Laboratório ........................................................................................ 8 
3.5.1 Calculo dos valores (Xsnsat; Xs; RCC) ......................................................................... 10 
4 REFERÊNCIAS ............................................................................................................................ 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 OBJETIVOS 
• Determinar as características em vazio e em curto-circuito das máquinas 
síncronas. 
• Determinar as reatâncias síncronas não-saturada ( Xsnsat ) e saturada à tensão 
nominal (Xs). 
• Calcular a Relação de Curto-Circuito (RCC). 
2 METODOLOGIA 
Figura 1 - Todo o Circuito Montado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 - Conexões do motor (Fechamento em Estrela) 
 
 
Figura 3 - Conexões a Vazio 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 - Conexões de Curto-Circuito 
 
 
3 RESULTADOS 
3.1 Dados de Placa da Máquina Ensaiada 
 
Figura 5 - Dados de placa da máquina (Motor) 
 
 
 
 
Figura 6 - Dados de placa da máquina (Gerador) 
 
 
3.2 Dados das Medições 
 
Equação Para a Tensão Corrigida: 𝑉𝐶𝑂𝑅𝑅𝐼𝐺𝐼𝐷𝐴 = 
𝑉𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
𝑥(1800 𝑟𝑝𝑚) (1) 
 
Tabela 1 – Medições do circuito - Característica em Vazio 
Corrente de excitação 
(Amperes) 
Tensão de Armadura 
(Volts) 
Velocidade (rpm) Tensão Corrigida 
(Volts) 
0,0 0,0 1754 1,026 
0,42 43 1754 44,23 
0,83 72 1745 74,27 
1,22 87 1736 90,20 
1,61 96 1730 99,89 
1,83 99 1726 103,24 
2,01 102 1720 106,74 
 
 
 
 
 
Equação Para a Corrente Corrigida: 𝐼𝐶𝑂𝑅𝑅𝐼𝐺𝐼𝐷𝐴 = 
𝐼𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
𝑥(1800 𝑟𝑝𝑚) (2) 
 
Tabela 2 – Medições do circuito - Característica em Curto-Circuito 
Corrente de Campo 
(Amperes) 
Corrente de Armadura 
(Amperes) 
Velocidade 
(rpm) 
Corrente Corrigida 
(Amperes) 
0,0 0,08 1749 0,082 
0,13 0,41 1749 0,42 
0,31 0,83 1743 0,857 
0,47 1,20 1729 1,25 
0,64 1,60 1709 1,68 
0,72 1,80 1697 1,90 
0,79 1,98 1683 2,11 
 
3.3 Curvas em Vazio e em Curto-Circuito 
 
Gráfico 1 – Curva em Vazio 
 
 
 
 
0
20
40
60
80
100
120
0,0 0,42 0,83 1,22 1,61 1,83 2,01
Te
n
sã
o
 (
V
)
Corrente Exitação (A)
Curvas em Vazio 
Tensão de Armadura (V)
Tensão Corrigida (V)
Gráfico 2 – Curvas em Curto-Circuito 
 
 
3.4 Questionário do Pré-Laboratório 
 
[A] Para que servem os ensaios de curto circuito e circuito aberto nos geradores 
síncronos? 
O ensaio de circuito- aberto é usado para obter o circuito equivalente em série Req 
+ JXeq, o curto-circuito é aplicado ao secundário do transformador e a tensão 
induzida ao primário. O ensaio de circuito aberto ou chamado de ensaio a vazio, é 
realizado com o secundário em aberto e a tensão nominal aplicado a primário, 
assim facilitando a circulação de corrente de excitação. 
 
[B] Qual a finalidade dos enrolamentos amortecedores? 
Este enrolamento destina-se a amortecer oscilações de binário mecânico que 
provoquem quebras de sincronismo, e que poderiam causar a saída d e serviço da 
máquina uma vez que fora do sincronismo esta deixa de produzir binário útil (motor ou 
gerador). 
 
 
 
 
 
 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 0,13 0,31 0,47 0,64 0,72 0,79
C
o
rr
en
te
 (
A
)
Corrente de Campo (A)
Curvas em Curto-Circuito
Corrente de Armadura (A)
Corrente Corrigida (A)
[C] Por que a frequência de um gerador síncrono depende da velocidade de rotação 
do eixo? 
Depende exatamente dele, pois isso indica que como sua equação é 
diretamente ligada a velocidade rotacional em Rpm. Ou seja, por causa da sua proteção 
e regulação. Ainda A frequência nominal do gerador depende do sistema onde vai ser 
ligado. Existe uma relação fixa entre a velocidade do gerador (𝑛𝑚) e a frequência de 
operação (𝑓𝑒). 
𝑓𝑒 = 
𝑛𝑚 𝑥 𝑝
120
 (𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒) 
 
 
[D] Explique brevemente como pode ser obtida a impedância síncrona e a 
resistência do induzido de um gerador síncrono. 
A impedância síncrona é composta de: Zs = Ra + jXs Ra - Resis1tência 
por fase do circuito da armadura. Xs = Xa + Xra Xa - Reatância própria do circuito da 
armadura. Xra - Reatância devido ao efeito da reação da armadura (sujeito à saturação). 
 
[E] Por que se deve reduzir a potência nominal de um gerador síncrono de 60 Hz 
quando operado a 50 Hz? Em quanto se deve reduzir a potência nominal? 
O importante é que o fluxo máximo não deve aumentar. Então: 
𝐸𝐴1 = 𝐾 𝜙 𝜔1 → 
𝐸𝐴1
𝐸𝐴2
 = 
𝑓1
𝑓2
 
𝐸𝐴2 = 𝐾 𝜙 𝜔2 
𝐸𝐴2 = 𝐸𝐴1𝑥 
𝑓1
𝑓2
 
 
 
Então, pode operar sim com 50Hz, porém a tensão gerada deve diminuir 
proporcional a diminuição da frequência 𝐸𝐴2 = 𝐸𝐴1(50 60⁄ ) a fim de manter o fluxo 
constante. Como regra a relação E/f = constante. 
[F] Deveria se esperar que um gerador síncrono de 400 Hz for maior ou menor que 
um gerador de 60 Hz com a mesma potência e tensão nominal? Por que? 
 
Torque mecânico: O eixo é suficientemente forte para lidar com potência 
superior a nominal, obviamente aumentando a tensão a potência nominal tende de fato a 
aumenta. 
 
3.5 Questionário do Pós-Laboratório 
 
3.5.1 Calculo dos valores (Xsnsat; Xs; RCC) 
 
Reatância síncrona não-saturada (Xsnsat ): 
Vns, vai ser o somatório de todos os valores de tensão e soma de todos 
os valores de correntes nominais tudo no circuito aberto. 
𝑉𝑛𝑠 = 1 + 43 + 72 + 87 + 96 + 99 + 102 → 𝑉𝑛𝑠 = 500 
𝐼𝑎 = 0,00 + 0,42 + 0,83 + 1,22 + 1,61 + 1,83 + 2,01 → 𝐼𝑎 = 7,92 
 
𝑍𝑛𝑠 = 
𝑉𝑛𝑠
𝐼𝑎
 → 𝑍𝑛𝑠 = 
500
7,92
 → 𝑍𝑛𝑠 = 63,13 𝑉 
 
Reatância síncrona saturada à tensão nominal (Xs): 
Para calcular a reatância Síncrona saturada a tensão nominal, primeiro vai 
calcular a R, usando a lei da resistência, assim. 
 
𝑃 = 3𝑉𝑛𝑠𝑥𝐼𝑎
2 → 𝑃 = 3(500)𝑥(7,92)2 → 𝑃 = 94,09 𝐾𝑊 
 
𝑅 = 
𝑉𝑛𝑠
2
𝑃
 → 
(500)2
94,09𝑥103
 → 𝑅 = 2,66 Ω 
Reatância Síncrona a tensão saturada: 
𝑋𝑠 = (√𝑍𝑛𝑠)
2
− 𝑅2 → 𝑋𝑠 = (√63,13)
2
− (2,66)2 → 𝑋𝑠 = 56,05 Ω 
 
Relação de Curto-Circuito (RCC): 
A relação de curto-circuito (RCC) é definida como a razão entre CCAV e CCCC e, 
portanto, é igual ao inverso da reatância síncrona saturada por unidade Xs. 
 
CCCC (Corrente de Campo em Curto-Circuito) é o valor da corrente de campo 
que produz a corrente nominal (1,0 por unidade) de curto-circuito. 
 
CCAV é a corrente de campo correspondente à tensão a vazio nominal na linha de 
entreferro. 
 
𝑅𝐶𝐶 = 
𝐶𝐶𝐴𝑉
𝐶𝐶𝐶𝐶4 REFERÊNCIAS 
 
FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY, Charles; UMANS, Stephen D. Máquinas Elétricas. 
7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014.