Geração Transmissão Distribuição Aula 04

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Instituto Federal de São Paulo
Campus São Paulo 
Departamento de Eletrotécnica
GTD
Geração, Transmissão e Distribuição
ROGÉRIO LÚCIO LIMA 
São Paulo – Agosto de 2014
Prof. Rogério Geração, Transmissão e Distribuição
Máquinas Síncronas
“Famílias de máquinas elétricas mais importante”.
 Os geradores produzem a maior parte da energia consumida no mundo;
 Os motores síncronos são menos difundidos quando comparados ao GS;
 Velocidade garantida em função da frequência;
 Fator de potência regulável;
Máquina Síncrona – é uma máquina de corrente alternada na qual a frequência da tensão
induzida e a velocidade possuem uma relação constante.
Velocidade de rotação – velocidade de sincronismo:
𝑓 =
𝑃
2
∗
𝑛
60
→ 𝑛 = 𝑓 ∗
120
𝑃
(𝑟𝑝𝑚)
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Máquinas Síncronas
Simbologia
Aspectos construtivos
Rotor – induzido da máquina síncrona
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Aspectos construtivos
Indutor – rotor da máquina – enrolamento de campo, alimentado em corrente contínua:
 Rotor cilíndrico: turbo-alternadores ou turbo-motores, enrolamento rotórico é
distribuído;
 Polos salientes: enrolamentos constituído por bobinas concentradas nas sapatas
polares;
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Aspectos construtivos
Rotor cilíndrico – rodam a altas velocidades, pois não ultrapassam 2 ou 4 pólos:
 Constituídos por peças com grande resistência mecânica;
 As restrições mecânicas impõem o limite de 1250 mm para diâmetro de 3000 rpm;
 Potência superior a 125 MVA rodam em hidrogênio;
 Potências máximas ultrapassam 1200 MVA a 3000 rpm
Polos salientes – para todas velocidade de rotação
síncrona e todas potências;
 Nº de polos mínimos fixos em 4;
 Acoplados a turbinas Francis e Kaplan;
 Maiores em diâmetros que profundidade;
 Forma mais comum de motores, rodam a velocidades
abaixo de 1500 rpm (50 Hz);
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Aspectos construtivos
Polos salientes
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Aspectos construtivos
Enrolamento amortecedor – enrolamento no rotor, do tipo gaiola, semelhante à maquina
assíncrona;
 Amortecer oscilações de binário mecânico – evitar quebra de sincronismo;
 Permitem o arranque assíncrono da maquina síncrona;
Excitação da máquina
 Enrolamento de excitação (estator);
 Potência DC é 1% da nominal, alimentadas por:
 Retificadores controlados;
 “excitatriz” – DC ou AC
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Aspectos construtivos
Excitação da máquina
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Aspectos construtivos
Tipos de sistema de excitação
 Rotativas
 Com gerador DC;
 Com gerador CA e retificador;
 Estáticas
 Sistema alimentado por barramento auxiliar
 Sistema alimentado pelos terminais do gerador
 Sistema alimentado pela corrente e tensão do gerador
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Aspectos construtivos
Tipos de sistema de excitação
 Rotativas
 Com gerador DC
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Aspectos construtivos
Tipos de sistema de excitação
 Rotativas
 Com gerador CA e retificador;
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Aspectos construtivos
Tipos de sistema de excitação
 Estáticas
 Sistema alimentado por barramento auxiliar
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Aspectos construtivos
Tipos de sistema de excitação
 Estáticas
 Sistema alimentado pelos terminais do gerador
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Aspectos construtivos
Tipos de sistema de excitação
 Estáticas
 Sistema alimentado pela corrente e tensão do gerador
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Aspectos construtivos
Tipos de sistema de excitação
 Excitação é mais conveniente porque evita escovas e os anéis;
 Excitação DC está em desuso;
 Exemplos:
 IEEE DC1A
 IEEE AC1A
 IEEE ST1A
 IEEE ST2A
 Controle da excitação da máquina principal e feita pelo controle da excitação da
máquina menor;
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Máquinas Síncronas
Máquinas de polos lisos e salientes
 Os geradores síncronos são movidos por turbinas hidráulicas ou a vapor;
 No caso das turbinas hidráulicas a fonte primária de energia é a energia potencial
armazenada nos reservatórios;
 Os geradores síncronos acionados por turbinas hidráulicas usualmente são de polos
salientes e funcionam em rotações baixas (número elevado de polos);
 No caso das turbinas a vapor a fonte primária é a energia potencial química que é
transformada em energia térmica do vapor aquecido e em alta pressão que produz
energia mecânica ao passar pelas aletas da turbina;
 Os geradores síncronos acionados por turbinas a vapor geralmente têm polos lisos e
 funcionam em alta rotação (número de polos baixo);
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 Gerador;
 Motor;
 Compensador síncrono
Torque – surge devido a interação de dois campos magnéticos girantes:
 Campo magnético produzido pela corrente no enrolamento de campo que se move a
uma velocidade constante (localizado no rotor);
 Campo magnético girante produzido pelas correntes trifásicas nos enrolamentos da
armadura (enrolamentos fixos no estator);
 No caso do gerador o torque mecânico é produzido pela turbina;
 No caso do motor o eixo da máquina é que fornece o torque a uma carga mecânica
ligada ao seu eixo;
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Diagrama Fasorial
Gerador sobreexcitado
 fem adiantada em relação à tensão terminal Vt (máquina funciona como gerador);
 Corrente I atrasada em relação à tensão terminal (máquina fornece reativo ao sistema)
 P>0 ; Q>0;
Percebe-se que Ef cos δ > Vt
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Diagrama Fasorial
Gerador sobreexcitado – Região de operação
Fornecendo potência reativa para a barra
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Diagrama Fasorial
Gerador subexcitado
 fem adiantada em relação à tensão terminal Vt (máquina funciona como gerador);
 Corrente I adiantada em relação à tensão terminal (máquina absorve reativo do
sistema)
 P>0 ; Q<0;
Percebe-se que Ef cos δ < Vt
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Diagrama Fasorial
Gerador subexcitado – Região de Operação
Absorvendo potência reativa da barra
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Diagrama Fasorial
Motor sobreexcitado
 fem atrasada em relação à tensão terminal Vt (máquina funciona como motor);
 Corrente I atrasada em relação à tensão terminal (máquina fornece reativo ao
sistema);
 P<0 ; Q>0
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Máquinas Síncronas
Diagrama Fasorial
Motor subexcitado
 fem atrasada em relação à tensão terminal Vt (máquina funciona como motor);
 Corrente I adiantada em relação à tensão terminal (máquina absorve reativo do
sistema)
 => P<0 ; Q<0
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Máquinas Síncronas
Diagrama Fasorial
Compensador síncrono
 Situação intermediária entre motor e gerador, poisa potência ativa gerada é nula;
 Como P=0 não há defasagem entre Vt e Ef (δ=0);
 Compensador sobreexcitado -> corrente de campo tal que Ef>Vt, o que implica em
corrente de armadura atrasada em relação a Vt => Q > 0 (compensador gera reativo);
 Compensador subexcitado -> corrente de campo tal que Ef<Vt, o que implica em
corrente de armadura adiantada em relação a Vt => Q < 0 (compensador absorve
reativo);
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Diagrama Fasorial
Compensador síncrono