Introdução

Prévia do material em texto

<p>RESUMO</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Para compreender melhor a operação do gerador síncrono sob fator de potência indutivo nulo, visando obter uma aproximação da reatância de dispersão e da reatância de Potier, além de compreender a suas relações, serão discutidos os conceitos fundamentais que devem ser previamente definidos, incluindo a fundamentação teórica e os equacionamentos. Isso fornecerá o conhecimento necessário para entender o objetivo principal da prática.</p><p>Inicialmente, é importante lembrar que os geradores síncronos geralmente operam em condições de saturação. Para determinar a reatância síncrona levando em conta os efeitos reais da saturação, considerando a dispersão existente no núcleo da máquina, é necessário ter um conhecimento prévio da reatância de dispersão da máquina.</p><p>O circuito equivalente monofásico de um gerador síncrono considerando as componentes de entreferro e de dispersão para a reatância síncrona, está mostrado na figura 1.</p><p>Figura 1 – Circuito equivalente</p><p>Fonte: Umans, Stephen D. Máquinas elétricas de Fitzgerald e Kingsley, 7th Edition</p><p>Onde é a reatância de dispersão e é a reatância correspondente a componente fundamental espacial do fluxo de entreferro, é a resistência de armadura. A tensão eficaz á a tensão interna gerada pelo fluxo resultante de entreferro. Assim a reatância síncrona pode ser expressa por:</p><p>Após a revisão do circuito equivalente e das justificativas para a determinação da reatância de dispersão, vamos agora aprofundar os detalhes teóricos sobre como obtê-la.</p><p>O foco agora é a análise da saturação em plena carga, sob fator de potência indutivo nulo, para determinar as reatâncias de dispersão e compreender o conceito de reatância de Potier e sua relação com a reatância de dispersão.</p><p>Em plena carga e com fator de potência zero, o gerador opera com uma carga puramente indutiva, mantendo uma corrente constante, com o gerador operando em velocidade síncrona. Nessas condições, é possível traçar várias curvas de saturação, cada uma correspondente a diferentes correntes de carga. Essas curvas derivam da curva característica a vazio, sendo possível obter a curva sob fator de potência nulo através de deslocamentos adequados da curva a vazio.</p><p>Para traçar a curva sob fator de potência nulo, é crucial conhecer as curvas a vazio e de curto-circuito, além de identificar pontos de operação importantes. A Figura 2 ilustra as curvas a vazio (E0), de curto-circuito (Icc) e a de operação sob fator de potência nulo (ΩV).</p><p>Figura 2 – A curva ΩV e a construção do triângulo de Potier correspondente.</p><p>Fonte: (Jordão) Jordão, Rubens G. Máquinas Síncronas, 2ª edição. LTC, 2013. VitalBook file.</p><p>Antes de aprofundarmos a compreensão sobre como obter a curva (ΩV) para a determinação da reatância de dispersão e entender oque se trata a reatância de Potier, é importante destacar alguns pontos.</p><p>Como discutido anteriormente, é possível obter a curva sob fator de potência nulo a partir de um deslocamento da curva a vazio. Esse comportamento pode ser demonstrado pela análise das propriedades do triângulo PQR, inserido entre as curvas e conhecido como triângulo de Potier. Assim, independentemente das situações dos pontos P e R sobre as respectivas curvas o triangulo PQR é contantes.</p><p>O ponto R da curva ΩV representa uma condição de operação com fator de potência indutivo nulo, conforme ilustrado no diagrama da Figura 3. Nessa condição, a reação da armadura é fortemente desmagnetizante, permitindo a aproximação (2), onde F é a força magnetizante resultante, Ff a força que produz fluxo, e Fa a força de reação do induzido. Além disso, os fasores V, E e Ef permanecem quase em fase, o que justifica a aproximação (3), sendo Xl a reatância de dispersão por fase da armadura (Jordão, 2013).</p><p>Figura 3 – Diagrama de gerador síncrono alimentando carga indutiva de fator de potência nulo.</p><p>Fonte: (Jordão) Jordão, Rubens G. Máquinas Síncronas, 2ª edição. LTC, 2013. VitalBook file.</p><p>Antes de avançarmos, é importante entender como determinar a curva ΩV, que pode ser obtida de maneira simples experimentalmente, conhecendo apenas dois pontos principais, sendo o ponto R e o ponto Ω. O ponto R é obtido quando, sob operação com carga indutiva, a tensão nominal da máquina é obtida para uma dada corrente de excitação. Já o ponto Ω é determinado a partir da característica de curto-circuito. O processo para traçar a curva ΩV é o seguinte:</p><p>1. Determinar o ponto Ω a partir da curva de curto-circuito, entrando com o valor de corrente nominal (I) na curva de curto-circuito, determinando a respectiva corrente de excitação para tal ponto.</p><p>2. A partir do ponto R, traçar uma reta horizontal e marcar o ponto S, de modo que RS = ΩO.</p><p>3. Traçar uma reta paralela ao trecho linear da curva Oe0, partindo de S, até encontrar o ponto P na curva Oe0.</p><p>4. Traçar uma perpendicular de P até a linha SR, obtendo o ponto Q e formando o triângulo de Potier.</p><p>Para completar a curva ΩV, basta deslocar o triângulo de Potier ao longo da curva Oe0, mantendo o vértice P sobre a curva, enquanto o ponto R descreve a trajetória da curva ΩV, os detalhes descritos acima podem ser observados na figura 2.</p><p>Voltando às características de operação com fator de potência indutivo nulo, podemos entender de forma resumida o triângulo de Potier. Que o seu cateto QR representa a força magnetomotriz de reação da armadura (Fa), gerada pela corrente correspondente à curva ΩV. Já o cateto PQ corresponde à queda de tensão sobre a reatância de dispersão (Xl) para a corrente nominal de operação (I).</p><p>É importante destacar que as proporções do triângulo de Potier mostrando na figura 2 permanecem constantes, independentemente da posição dos vértices P e R nas curvas Oe0 e ΩV, como já foi dito anteriormente, entrando em mais detalhes esse comportamento se dá devido às seguintes razões:</p><p>a) O cateto QR representa a força magnetomotriz de reação do induzido (Fa) para uma corrente constante I, que define a curva ΩV. Como a corrente I utilizada para caracterizar a curva ΩV é constante, o cateto QR também permanece constante, independentemente da posição de R na curva.</p><p>b) O cateto PQ representa o produto da reatância de dispersão (Xl) pela corrente I. A reatância de dispersão é considerada constante, pois resulta de fluxos que percorrem o ar, sendo, portanto, independente da saturação dos materiais ferromagnéticos da máquina e da posição do triângulo nas curvas.</p><p>Assim após compreender as propriedades do triangulo de Potier e como realizar a sua construção, podemos obter a reatância de dispersão ou como veremos com mais detalhes a diante a reatância de Potier, pela equação (4).</p><p>Por fim, discutiremos a reatância de Potier. O resultado obtido pela equação (4) geralmente resulta em um valor superior ao da reatância de dispersão, sendo assim, essa reatância obtida é na verdade chamada de reatância de Potier. A principal diferença entre elas é que a reatância de Potier é mais utilizada nos cálculos de máquinas síncronas, devido à dificuldade de determinar experimentalmente a reatância de dispersão. Além disso, o erro ao usar a reatância de Potier em vez da de dispersão é relativamente pequeno.</p><p>Para esclarecer as diferenças entre as reatâncias Xl (reatância de dispersão) e Xp (reatância de Potier), é necessário considerar que duas curvas distintas são necessárias para representar e entender a diferença entre Xl e Xp, a curva Oe0 e a curva Oep, conforme mostrado na Figura 4. Essas curvas correspondem às tensões E0 (em vazio) e E (sob carga), ambas para a mesma força magnetomotriz (FMM).</p><p>Quando a máquina opera em vazio com uma determinada excitação de campo, sua armadura não apresenta corrente nem fluxos dispersos. No entanto, ao operar em carga, a reação da armadura não só gera fluxos dispersos, mas também reduz a força magnetomotriz resultante da excitação. Já que em cargas indutivas, essa redução exige um aumento na excitação de campo para manter a força magnetomotriz constante.</p><p>Como resultado, ao operar em carga indutiva com a mesma força magnetomotriz, mas com uma excitação aumentada,</p><p>a máquina torna-se mais saturada do que quando está operando a vazio. Esse aumento na saturação é causado devido ao incremento dos fluxos dispersos, que são necessários para compensar o efeito desmagnetizante das correntes na armadura, devido a carga indutiva. Por isso a importância de se representar duas curvas distintas, Oe0 e Oep, para levar em conta os efeitos destacados anteriormente.</p><p>Ou seja, as diferenças entre os valores das reatâncias de dispersão e de Potier são menos pronunciadas para máquinas operando com altos graus de saturação, quando os trechos finais das curvas Oe0 e Oep tendem a se aproximar (Jordão, 05/2013). Se essas características entre as curvas forem atendidas, em cálculos pode se utilizar o valor da reatância de Potier no lugar da reatância de dispersão, levando a uma aproximação muito boa.</p><p>Figura 4 - A distinção entre as características de saturação em carga Oep e em vazio Oe0</p><p>Fonte: (Jordão) Jordão, Rubens G. Máquinas Síncronas, 2ª edição. LTC, 2013. VitalBook file.</p><p>Assim, repetindo a construção do triangulo de Potier como já descrito anteriormente, agora considerando a curva característica Oep, obtemos como visto na figura 4 o triangulo MNR, cujo cateto MN representa a queda de tensão na reatância de dispersão e o cateto NR representa a força magnetomotriz de reação do induzido (Fa).</p><p>image4.png</p><p>image1.png</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p>