Pratica 8 _ Relatório docx

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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO INSTITUTO DE</p><p>CIÊNCIAS EXATAS E APLICADAS DEPARTAMENTO DE</p><p>ENGENHARIA ELÉTRICA</p><p>Prática 8</p><p>Máquinas Elétricas II</p><p>Davi José Sírio Nepomuceno - 18.1.8174</p><p>Emanuel Francisco Magalhães de Avila – 18.2.8127</p><p>Kewvyn Cardoso de Paiva −21.1.8173</p><p>Jaderson Lucas Santos Guardiano – 17.1.8300</p><p>Ricardo Matias Silvino – 18.2.8115</p><p>Professor: Juan Carlos Galvis Manso</p><p>João Monlevade</p><p>Minas Gerais - Brasil</p><p>Setembro de 2024</p><p>1. Introdução</p><p>Neste relatório, vamos falar sobre a prática "Partida da Máquina Síncrona e Compensador</p><p>Síncrono". O principal objetivo foi proporcionar aos alunos uma experiência prática sobre o</p><p>funcionamento dessas máquinas, complementando os conceitos estudados teoricamente. A</p><p>prática visou demonstrar de forma concreta o processo de partida das máquinas síncronas, a</p><p>sincronização com a rede elétrica e o papel fundamental que essas máquinas desempenham na</p><p>melhoria do desempenho das redes elétricas, operando como compensadores síncronos.</p><p>As máquinas síncronas são muito importantes, tanto na geração de energia quanto em diversas</p><p>indústrias que precisam controlar a velocidade e a potência com precisão. Além disso, elas têm a</p><p>capacidade de operar de maneira eficiente para compensar a potência reativa, o que ajuda a</p><p>deixar as redes elétricas mais estáveis e eficientes.</p><p>Durante essa prática, passamos pelo processo de partida de um motor síncrono, sincronizando-o</p><p>com a rede elétrica, o que envolveu também o uso de um gerador síncrono operando em</p><p>paralelo. Além disso, vimos como esse motor pode ser usado para compensar potência reativa, e</p><p>estudamos as curvas V, que nos ajudam a entender como a máquina se comporta em diferentes</p><p>situações de carga e excitação.</p><p>2. Ligação da Máquina Síncrona como Motor</p><p>O primeiro passo foi ligar a máquina síncrona como um gerador, que estava acoplado</p><p>mecanicamente a um motor de corrente contínua (DC). Esse motor DC foi configurado para</p><p>rodar a 1800 RPM. Para sincronizar o gerador com a rede elétrica, os terminais do estator foram</p><p>fechados em delta-paralelo, a fim de conseguir uma tensão para 220V e a frequência para 60 Hz.</p><p>A sincronização foi verificada usando três lâmpadas, conectadas cada uma a uma fase da rede e</p><p>a um terminal de saída do gerador, que nos indicavam quando o gerador estava em fase e com a</p><p>mesma tensão que a rede quando se encontram apagadas, vista que não haveria diferença de</p><p>potencial. Quando todas as lâmpadas indicaram o sincronismo perfeito, acionamos o disjuntor</p><p>tripolar ligado paralelo às lâmpadas, desconectando as mesmas do circuito e conectando o</p><p>gerador diretamente à rede elétrica.</p><p>Após sincronizar, desligamos o motor CC, primeiro reduzindo a tensão de armadura e, em</p><p>seguida, a tensão de campo. A partir daí, iniciamos as medições, utilizando o método dos dois</p><p>wattímetros para medir a potência. Coletamos os dados de tensão, corrente e potência nos</p><p>terminais, começando com a corrente de campo nominal e diminuindo-a em intervalos de 0,30</p><p>À cada medição.</p><p>2.1 Resultado.</p><p>Tabela 1 - Medições do Motor Síncrono a vazio.</p><p>Como esperado, a tensão nos terminais da máquina permaneceu constante, já que esses terminais</p><p>estão conectados diretamente à rede da Cemig. Notamos que, ao reduzir a corrente de campo do</p><p>motor síncrono, ele passa a consumir mais potência ativa (P) e potência reativa (Q). Esse</p><p>comportamento leva a um aumento da potência total absorvida pela máquina. Idealmente a</p><p>potência ativa deveria se manter constante, porém, na prática, isso não acontece, visto que a</p><p>medida que cresce, as perdas da máquina também, aumentando levemente a potência𝐼</p><p>𝐿𝐿</p><p>consumida.</p><p>Esse fenômeno é mais evidente ao analisarmos o gráfico apresentado a seguir. Como discutido em</p><p>sala de aula, a curva V que relaciona a corrente de campo ( ) com a corrente de linha média ( )𝐼</p><p>𝑓</p><p>𝐼</p><p>𝐿𝐿</p><p>mostra que a máquina está operando no lado esquerdo da curva, o que indica que está funcionando</p><p>com as características de um motor. Isso reforça que, ao reduzir a corrente de excitação, o motor</p><p>passa a consumir mais potência ativa e reativa para compensar a falta de magnetização, como</p><p>discutido nas aulas teóricas.</p><p>Figura 1 - Curva V do Motor Síncrono.</p><p>3. Ligação da Máquina Síncrona com Carga</p><p>Após concluir as medições iniciais, adicionamos uma carga ao eixo de saída do motor síncrono.</p><p>Isso foi feito colocando o motor DC para operar como gerador. Conectamos os terminais do</p><p>campo a uma tensão de 180V, e no terminal de saída (estator), aplicamos uma carga resistiva.</p><p>A princípio o valor da carga resistiva foi calculado com base na lei de Ohm, como a tensão</p><p>nominal do gerador era de 180V e a corrente máxima de 5A, a menor resistência possível seria</p><p>de 36 ohms.</p><p>𝑅 = 𝑉</p><p>𝐼 ⇒ 𝑅 = 180</p><p>5 = 36 Ω</p><p>No entanto, para respeitar os limites tanto do motor síncrono quanto do gerador DC, optamos</p><p>por uma carga de 60,4 ohms. Com isso, conseguimos alcançar a corrente nominal de 2,64A no</p><p>motor síncrono, o que era necessário para a prática.</p><p>3.1 Resultado.</p><p>Tabela 2 - Medições do Motor Síncrono com carga.</p><p>Ao reduzir a corrente de campo do motor síncrono, a corrente nos terminais do estator</p><p>aumentou, o que é esperado, uma vez que a diminuição da corrente de campo reduz a</p><p>capacidade do rotor de gerar o campo magnético. Como consequência, o motor compensa essa</p><p>perda consumindo mais corrente da rede. A corrente média de linha ( ) aumentou𝐼</p><p>𝐿𝐿−𝑚é𝑑</p><p>progressivamente, indicando que o motor está exigindo mais corrente para manter o torque e a</p><p>operação estável sob carga.</p><p>À medida que a corrente de campo foi reduzida, a potência ativa trifásica aumentou para</p><p>compensar a menor excitação do campo magnético. A potência reativa também cresceu,</p><p>indicando que o motor se tornou mais indutivo. Consequentemente, a potência aparente</p><p>aumentou com a corrente e a potência reativa. No entanto, a potência mecânica permaneceu</p><p>constante, em torno de 420 W, mostrando que a variação na corrente de campo não impactou</p><p>significativamente a potência mecânica, determinada pela carga no eixo do motor.</p><p>Não foi possível reduzir ainda mais a corrente de campo, pois a corrente nos terminais já estava</p><p>se aproximando de seu valor nominal, calculado em práticas anteriores, que é de 2,64 A. Se a</p><p>corrente nos terminais ultrapassar esse valor nominal, o motor corre o risco de perder o</p><p>sincronismo, o que comprometeria sua operação estável. Isso ocorre porque, ao exceder a</p><p>corrente nominal, o rotor não consegue acompanhar o campo magnético gerado pelo estator,</p><p>resultando em perda de sincronismo e possíveis danos ao motor.</p><p>Abaixo, podemos observar um trecho da curva V do motor síncrono, onde está representada a</p><p>relação entre a corrente de campo ( ) e a corrente de linha ( ). Conforme esperado, podemos𝐼</p><p>𝑓</p><p>𝐼</p><p>𝐿𝐿</p><p>analisar visualmente que a máquina está operando como um motor, já que se encontra no lado</p><p>esquerdo da curva V. Isso indica que o motor está absorvendo potência da rede, o que é</p><p>característico de sua operação nesta condição.</p><p>Figura 2 - Curva V do Motor Síncrono com carga.</p><p>4. Conclusão</p><p>Esta prática proporcionou uma compreensão dos conceitos estudados em teoria. Conseguimos</p><p>sincronizar o gerador síncrono com a rede elétrica e observar seu comportamento tanto sem carga</p><p>quanto com carga aplicada.</p><p>Sem carga, a tensão nos terminais permaneceu constante, mas notamos um aumento na potência</p><p>ativa e reativa com a redução da corrente de campo. A curva V confirmou que a máquina estava</p><p>operando como motor. Com carga, a corrente nos terminais aumentou, e a potência ativa e reativa</p><p>também cresceram, evidenciando a necessidade de ajustar a corrente de campo para manter o</p><p>funcionamento estável e evitar a perda de sincronismo.</p><p>A prática destacou a importância das máquinas síncronas na compensação da potência reativa e na</p><p>estabilidade das redes elétricas, reforçando os conceitos discutidos em sala de aula.</p>