IIGeracao V Gerador

Prévia do material em texto

Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-129 
 
 
Capítulo 2 Tecnologias de Geração de Energia Elétrica: 
Gerador 
 
2.7 Geradores 
A energia elétrica normalmente é produzida pela ação de máquinas 
rotativas que acionadas mecanicamente por uma máquina primária 
(turbina hidráulica, a vapor, a gás, máquina de combustão interna, ou 
turbina eólica) produzem através de campos de indução 
eletromagnéticos, uma onda senoidal de tensão com freqüência fixa e 
amplitude definida pela classe de tensão do gerador. 
O gerador síncrono trifásico representa a máquina mais comum de 
geração em um sistema de potência. O gerador síncrono pode gerar 
potência ativa e reativa independentemente e tem um importante 
papel no controle de tensão. 
O termo 'síncrona' significa que o campo girante no entreferro tem a 
mesma velocidade angular que a do rotor. A freqüência f da tensão 
induzida é diretamente proporcional ao número de pólos e à 
velocidade de rotação do rotor. A freqüência é determinada por: 
 
2 60
p nf = ⋅ [Hz] (2.5) 
 
em que ‘p’ é o número de pólos da máquina e ‘n’ o número de 
rotações por minuto ou velocidade (síncrona) do rotor em rpm. O 
número de pólos (pólos magnéticos N e S no rotor) varia de dois a 
quase cem. 
As partes principais de uma máquina girante são rotor e estator. Em 
uma máquina síncrona os enrolamentos de campo estão situados no 
rotor e os enrolamentos de armadura no estator. 
 
 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-130 
 
 
2.7.1 Rotor 
Parte girante da máquina, constituído de um material ferromagnético 
envolto em um enrolamento chamado de enrolamento de campo, que 
tem como função produzir um campo magnético constante para 
interagir com o campo produzido pelo enrolamento do estator. 
A tensão aplicada ao enrolamento do rotor é contínua e a intensidade 
da corrente suportada por esse enrolamento é muito menor que o 
enrolamento do estator. A corrente cc no enrolamento de campo 
produz um fluxo magnético constante por pólo. A rotação do rotor com 
relação ao estator causa a indução de tensão nos enrolamentos de 
armadura. O rotor pode conter dois ou mais enrolamentos, sempre em 
número par e todos conectados em série sendo que cada 
enrolamento será responsável pela produção de um dos pólos do 
eletroimã. 
 
 
Figura 2.87 Gerador Síncrono de Pólos Salientes. 
Os rotores dos geradores síncronos são de dois tipos: rotores de 
polos salientes e rotores de polos lisos ou simplesmente, rotores 
cilíndricos. Os rotores de pólos salientes são em geral acionados por 
turbinas hidráulicas de baixa velocidade (entre 50 e 300 rpm) a fim de 
extrair a máxima potência de uma queda d’água, e os rotores 
cilíndricos são acionados por turbinas a vapor1 de alta velocidade (até 
3600 rpm). 
 
1 O vapor possui uma significante quantidade de energia por unidade de massa (1000 a 1250Btu/lb). 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-131 
 
Nas máquinas de polos salientes porque o rotor está diretamente 
ligado ao eixo da turbina e o valor de frequência nominal é de 60 Hz, é 
necessário um grande número de pólos. Os rotores de baixa 
velocidade possuem um grande diâmetro para prover o espaço 
necessário aos polos. 
Os geradores síncronos de alta rotação são mais eficientes que seus 
equivalentes de baixa rotação. Para gerar a freqüência desejada o 
número de pólos não poderá ser inferior a dois e assim a velocidade 
máxima fica determinada. Para 60 Hz a velocidade máxima é de 3600 
rpm. A alta velocidade de rotação produz uma alta força centrífuga, a 
qual impõe um limite superior ao diâmetro do rotor. No caso de um 
rotor girando a 3600 rpm, o limite elástico do aço impõe um diâmetro 
máximo de 1,2 m. Por outro lado, para construir um gerador de 
1000MVA a 1500MVA o volume do rotor tem de ser grande. Para isso 
os rotores de alta potência, alta velocidade são bastante longos. 
2.7.2 Estator 
Os enrolamentos de armadura de um gerador trifásico podem ser 
associados em estrela ou triângulo. A ligação ‘estrela’ é utilizada na 
maioria dos geradores dos sistemas de energia elétrica. Geralmente, 
o neutro é aterrado neste tipo de ligação sendo este aterramento feito 
através de uma resistência ou reatância cuja finalidade é a de reduzir 
a corrente de curto circuito. 
A Tabela 2.15 apresenta os dados dos geradores da usina Xingó, 
pertencente à CHESF. 
 
Tabela 2.15 Dados do Gerador Síncrono da Usina Xingó-CHESF. 
Gerador de Xingó 
Tipo Síncrono Vertical. 
Quantidade 6 
Fabricante Siemens 
Potência instalada de cada unidade 527.000 kW 
Classe de isolamento rotor F 
Classe de isolamento do estator F 
Corrente nominal 16.679 A 
Fator de potência 0,95 
Freqüência 60 Hz 
Tensão entre fases 18.000 V 
Velocidade nominal 109,1 rpm 
Número de pólos 66 
 
 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-132 
 
2.7.3 Controle de Carga-Frequência 
O controle da frequência e da tensão em um gerador síncrono é 
realizado por reguladores de velocidade (RV) e reguladores de tensão 
(RT), respectivamente. 
O controle carga-frequência em um sistema elétrico é normalmente 
efetuado em três etapas, controle primário, secundário e terciário de 
frequência2. O controle primário ou regulação primária é realizada por 
reguladores automáticos de velocidade das unidades geradoras do 
sistema. A regulação primária tem por objetivo limitar a variação da 
frequência e atua no sentido de elevar ou reduzir a potência mecânica 
da máquina primária restabelecendo o equilíbrio carga-geração, mas 
permite um erro de frequência no sistema que é proporcional ao 
montante do desequilíbrio ocorrido. Reserva de potência primária de 
potência ativa deve ser provida pelas unidades geradoras para efetuar 
o controle primário de frequência. No Brasil, o controle primário de 
freqüência e a reserva de potência primária devem ser realizados por 
todas as unidades geradoras integrantes do Sistema Interligado 
Nacional – SIN, sem ônus para os demais agentes e consumidores. 
O controle primário de frequência é ativado até 30 s e o tempo 
máximo de duração é de 15 min (900 s). 
A segunda etapa do controle carga-frequência é chamada de 
regulação secundária, ou controle secundário de frequência. O 
controle secundário de frequência3 é o controle realizado pelas 
unidades geradoras participantes do Controle Automático de Geração 
– CAG, destinado a restabelecer o valor programado da freqüência do 
sistema e a manter e/ou restabelecer os valores programados dos 
intercâmbios de potência ativa eliminando desvios resultantes da ação 
da regulação primária. As unidades de geração participantes do CAG 
apresentam reserva de potência ativa para efetuar o controle 
secundário de freqüência. 
O controle secundário de frequência é ativado entre 5 s até 10 min 
com tempo máximo de atuação de 60 min. 
 
 
 
2 Procedimento de Rede da ANEEL Sub-módulo 14 Administração dos Serviços Ancilares. 
3 Procedimento de Rede da ANEEL Sub-módulo 14 Administração dos Serviços Ancilares. 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-133 
 
 
 
 
 
Figura 2.88 Limites de tempo do controle de suprimento de potência. 
O controle terciário é ativado entre 10 min e 1 h e pode ser substituído 
pela geração de reserva de hora. 
 
Figura 2.89 Sistema de Controle da Geração. 
 
O regulador de velocidade (GOV) é responsável pelo controle da 
velocidade e, portanto, da freqüência do gerador para que seja 
mantida constante atuando sobre o registro para controle do fluxo de 
entrada. 
 
2.8.4 Controle de TensãoA capacidade de geração de potência reativa do gerador síncrono 
pode ser usada para controlar a tensão na barra do gerador. Isto é 
feito usando um Regulador Automático de Tensão (RT) que controla a 
corrente de campo do rotor que por sua vez determina a tensão 
interna E da máquina. O RT mede a tensão Vt nos terminais do 
gerador e ajusta a corrente de campo de modo que Vt aproxime-se de 
um valor de referência Vref, mantendo a tensão nos terminais dentro 
de uma faixa especificada de tensão. 
As máquinas síncronas modernas são equipadas por um sistema de 
excitação com retificadores que giram ou que usam anéis coletores 
para controle automático de tensão. O sistema de excitação alimenta 
 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-134 
 
o enrolamento de campo do gerador através de pontes trifásicas 
tiristorizadas totalmente controladas conectadas aos terminais do 
estator por meio de um transformador abaixador. O sistema de 
controle automático de tensão compara a tensão estatórica com a 
tensão de referência e, através de um regulador PI, atua diretamente 
no ângulo de disparo do conversor estático, aumentado ou diminuído 
a tensão de campo do gerador. 
 
Figura 2.90 Esquemático de Sistema de Geração. 
2.7.5 Modelo Simplificado de Gerador Síncrono 
O circuito equivalente por fase de um gerador síncrono sob condição 
de estado permanente é mostrado na figura abaixo. 
 
 
 
Figura 2.91 Circuito Equivalente Por Fase de Gerador Síncrono. 
 
A equação do gerador síncrono operando em estado permanente é 
dada para qualquer corrente de carga por: 
 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-135 
 
( )g t a a sE V I R jX= + + (2.6) 
 
A resistência de armadura dos enrolamentos do estator é pequena e 
em geral desconsiderada. Dependendo da impedância da carga, a 
corrente Ia em cada fase de um gerador síncrono pode ser atrasada, 
em fase, ou adiantada da tensão terminal Vt. 
 
Considerando um gerador ligado a um barramento infinito em que a 
tensão terminal Vt é mantida constante, a magnitude da tensão 
induzida Eg é controlada regulando a excitação do campo cc. À 
medida que a magnitude do campo de excitação cc aumenta, a 
tensão gerada Eg e a potência reativa de saída aumentam. Um limite 
na capacidade de potência reativa de saída é alcançado quando a 
corrente de campo cc atinge seu valor máximo permissível. Quando o 
gerador está suprindo potência reativa ao sistema de barramento 
infinito, o gerador está operando a um fator de potência atrasado – o 
gerador vê o sistema como se fosse uma carga indutiva. Se a 
magnitude da f.e.m. gerada Eg excede a tensão terminal Vt, o gerador 
é dito estar operando no modo superexcitado. Ainda, pode ocorrer um 
sobreaquecimento do rotor quando operando a um fator de potência 
atrasado. 
 
À medida que o campo de excitação cc diminui, a magnitude da f.e.m 
gerada Eg diminui até igualar-se à tensão terminal. Sob estas 
circunstâncias, o gerador é dito estar operando a uma excitação 
normal e aproximadamente a um fator de potência unitário. 
 
Se a excitação de campo cc é diminuída ainda mais, o gerador iniciará 
a absorver potência reativa do sistema. O gerador estará operando 
com um fator de potência adiantado – o gerador vê o sistema como se 
fosse um capacitor. Nestas circunstâncias, a magnitude da f.e.m 
gerada Eg é inferior à da tensão terminal Vt, e o gerador estará 
operando no modo sub-excitado. A capacidade do gerador em manter 
sincronismo sob estas condições é enfraquecida dada que a corrente 
de excitação é pequena. Portanto, a capacidade de produzir ou 
absorver reativos é controlado pelo nível de excitação. Aumentando-
se a excitação, aumentam os reativos produzidos. Reduzindo-se a 
excitação, diminuem os reativos produzidos e o gerador passará a 
absorver reativo do sistema. Por convenção, os reativos supridos 
(sobre-excitado) pelo gerador recebem sinal positivo, ao passo que os 
reativos absorvidos (sub-excitado) recebem sinal negativo. 
 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-136 
 
As condições acima expostas podem ser representadas graficamente 
na Figura 2.92. No diagrama fasorial colorido, a resistência de 
armadura da máquina é desconsiderada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.92 Gerador Síncrono conectado a Barramento Infinito 
Operando Superexcitado, Normal e Sub-excitado. 
 
No modo sobrexcitado (vermelho) a f.e.m. Eg está adiantada da 
tensão terminal Vt – máquina operando como gerador, e a corrente Ia 
está atrasada em relação à Vt – máquina fornece reativo à rede, P>0 
e Q>0. Como um capacitor a máquina supre potência reativa ao 
sistema e é vista pela rede como um capacitor. 
No modo sub-excitado (azul) a f.e.m. Eg está adiantada da tensão 
terminal Vt – máquina operando como gerador, e a corrente Ia está 
adiantada em relação à Vt – máquina absorve potência reativa da 
rede, P>0 e Q<0. Como um indutor a máquina absorve potência 
reativa do sistema e é vista pela rede como um indutor. No modo 
normalmente excitado o fator de potência da máquina é unitário. Note 
que Eg é adiantado de Vt em todos os casos, o que denota a condição 
de operação como gerador. 
Tem-se, portanto, a seguinte regra de grande importância: Uma 
máquina síncrona superexcitada (funcionando como motor ou como 
gerador) produz potência reativa; sob o ponto de vista da rede, o 
gerador é como um capacitor em paralelo. Uma máquina sub-
excitada, ao contrário, consome potência reativa da rede; sob o ponto 
de vista da rede, o gerador é como uma bobina em paralelo. 
 Sobrexcitado 
 Subexcitado 
 Normal 
Ia Vt
t 
Eg 
Vt
tt 
Eg 
Ia 
Eg Ia 
Vt
t 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-137 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.93 (a) Gerador síncrono superexcitado (FP atrasado): rede é vista pelo gerador como carga 
indutiva e o gerador é visto pela rede como capacitor. (b) Gerador síncrono sub-excitado (FP 
adiantado): rede é vista pelo gerador como um capacitor, e gerador é visto pela rede como indutor. 
 
Quando uma planta de geração alimenta um sistema na hora de ponta 
de carga, a excitação dos geradores será no modo sobre-excitado – 
injetando reativo na rede para melhoria do perfil de tensão. Em horário 
fora da ponta existe excedente de reativo na rede (elevação no perfil 
da tensão) e o gerador deve operar no modo sub-excitado para 
absorver reativo da rede. 
2.7.6 Modelagem de Gerador Síncrono em Estado Permanente 
A potência ativa e reativa para as máquinas síncronas de pólos lisos e 
salientes é deduzida a seguir. 
a) Máquina de Pólos Lisos ou Rotor Cilíndrico 
Em estado permanente, o diagrama unifilar de uma máquina síncrona 
de pólos lisos, operando em modo sobre excitada, com a resistência 
do estator desprezada, é mostrado na Fig. 2.77. O diagrama 
representa uma fonte E de tensão ca suprindo a corrente I à tensão 
terminal V através da reatância síncrona de eixo direto. A carga é 
indutiva, e I está atrasada da tensão de ângulo ϕ. 
 
Figura 2.94 Diagrama fasorial de uma máquina síncrona de pólos lisos sobre-excitada. 
GS 
Sub-excitada 
Rede 
var 
GS 
Superexcitada 
Rede 
var 
(a) (b) 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-138 
 
Baseado no diagrama fasorial, e aplicando a lei dos co-senos4, a 
equação seguinte pode ser escrita: 
( ) ( )
( )
22 2
22
2 cos 90
2
s s
s s
E V X I V X I
V X I V X I sen
ϕ
ϕ
= + − ⋅ ⋅ ⋅ +
= + + ⋅ ⋅ ⋅
o
 
( )2 2 2s sE X I V VX Isenϕ= + + (2.7) 
A potência por fase suprida à carga é 
* cosS P jQ VI VI jVIsenϕ ϕ= + = = + (2.8) 
Multiplicando o diagramafasorial por V/Xs resulta: 
 
Figura 2.95 Diagrama fasorial escalonado. 
A potência ativa e reativa pode agora ser expressa como: 
cos
s
E VP VI sen
X
ϕ δ
⋅
= = (2.9) 
2
cos
s s
E V VQ VIsen
X X
ϕ δ
⋅
= = − (2.10) 
As variáveis de controle de entrada em estado permanente são a 
potência mecânica Pm e a corrente de campo If. Variando Pm e 
mantendo If constante, tem-se que E é mantido constante enquanto δ 
e P variam. 
 
4 Lei dos co-senos: a2=b2+c2-2b.c.cosA 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-139 
 
 
Figura 2.96 Variação de Pm com If constante. 
Se por outro lado If é aumentada e Pm é mantida constante, torna-se 
evidente que o sinal de Q pode ser controlado. 
 
Figura 2.97 Variação de If com Pm constante. 
b) Rotor de Pólos Salientes 
A diferença entre um rotor de pólos salientes e um rotor de pólos lisos 
é mostrado a seguir. 
 
Figura 2.98 Máquinas Síncronas de Pólos Salientes e Lisos. 
O eixo direto (ou eixo-d) é definido como a direção do fluxo principal 
do rotor. A tensão induzida no estator Eq é adiantada de 90º do eixo d, 
o qual é a direção do eixo em quadratura (ou eixo-q). A equação da 
tensão para um gerador de pólos salientes é: 
q d d q qE V jX I jX I= + + (2.11) 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-140 
 
que pode ser representada em diagrama fasorial como: 
 
Figura 2.99 Diagrama Fasorial de Máquina de Polos Salientes. 
Usando as componentes d e q de corrente e tensão terminal, 
( )( )** d q d qS P jQ V I V jV I jI= + = ⋅ = + + (2.12) 
cosd qV jV Vsen jVδ δ+ = + (2.13) 
q q
d
d
d
q
q
E V
I
X
VI
X
−
=
=
 (2.14) 
A potência ativa e reativa de saída do gerador pode agora ser 
expressa como: 
2 1 1 2
2
q
d q d
campo relutância
E V VP sen sen
X X X
P P
δ δ
⎛ ⎞
= + −⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠
= +
 (2.15) 
 
2 2
2 coscosq
d d q
E V senQ V
X X X
δ δ
δ
⎛ ⎞
= − +⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠
 (2.16) 
Note que P e Q para um gerador de pólos lisos são obtidas fazendo 
Xd=Xq. 
 
2.7.6 Curva de Capabilidade do Gerador 
Todos os equipamentos apresentam um limite de capacidade de 
transporte de energia. Na determinação das limitações de potência de 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-141 
 
um equipamento é necessário levar em conta tanto a produção de 
potência em MW quanto a potência reativa em Mvar. Os geradores 
possuem curvas de capabilidade que delimitam sua região de 
operação. A parte direita do eixo horizontal indica os Mvar supridos ao 
sistema, enquanto a parte esquerda indica os Mvar absorvidos pelo 
gerador. A curva da Figura 2.100 mostra três zonas de aquecimento 
que afetam a capabilidade de geração do equipamento. 
 
 
Figura 2.100 Curva de Capabilidade do Gerador: Região de Exportação de Reativos – Sobre-
excitado, e Região de Importação Reativos – Sub excitado. 
 
A determinação da curva de capabilidade mostrada na Figura 2.100 é 
obtida para a condição simultânea: 
 
A-B Operação sob tensão terminal constante e corrente de 
campo (portanto Ef) em seu limite térmico máximo. 
Curva de limite de campo - indica a capacidade do gerador 
quando a corrente de campo está a um valor máximo 
permissível devido às limitações térmicas dos enrolamentos 
de campo. Acima da curva ocorre superaquecimento do 
campo. 
B-C Operação sob tensão terminal constante e corrente de 
armadura no máximo valor permitido pela limitação térmica. 
Curva de limite de armadura – indica a máxima corrente de 
armadura permitida devido às limitações térmicas dos 
condutores de armadura; a geração é limitada pelo 
aquecimento nos enrolamentos do estator. Acima da curva 
ocorre superaquecimento do estator. 
A 
B 
C 
D 
 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-142 
 
C-D Curva de limite de estabilidade - indica a máxima 
capacidade de absorção de potência reativa do gerador 
quando operando a fator de potência adiantado. Acima da 
curva representa região de campo enfraquecido. 
 
A operação do gerador fora das curvas limites delineadas na Figura 
2.100 pode provocar problemas de superaquecimento. 
A condição B-C corresponde a um valor constante de potência 
aparente de saída dada por: 
2 2
aS P Q V I= + = ⋅ (2.17) 
Uma potência aparente constante corresponde a um círculo centrado 
na origem de um plano P x Q, cujo raio é V.Ia. Como V é mantido 
constante e Ia é considerado em seu valor limite térmico, tem-se que a 
curva B-C define o limite de operação da máquina, além do qual 
resultaria em sobre aquecimento do estator. 
Consideração semelhante pode ser feita para a primeira condição, 
curva A-B de operação. Tem-se que: 
aP jQ V I+ = ⋅ (2.18) 
Sob a consideração de R=0 tem-se que: 
g S aE V jX I= + (2.19) 
Pelo triângulo de tensões representado na Fig.2.74 para a máquina de 
pólos lisos, tem-se: 
( )22 2g s aE V X I= + ∴ 
2 2
2
2
g
a
S
E V
I
X
−
= (2.20) 
Da Equação 2.18 e 2.20 resulta para o triângulo de potência: 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-143 
 
2 22
2 g
S S
V EVP Q
X X
⋅⎛ ⎞ ⎛ ⎞
+ + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
 (2.21) 
A Equação 2.21 corresponde a um círculo centrado em P=0 e 
Q=-V2/XS com raio igual a (V.Eg)2/Xs2, e determina o limite de 
aquecimento do enrolamento de campo na operação da máquina. 
É comum especificar o valor nominal da máquina (potência aparente e 
fator de potência) como sendo o ponto de interseção das curvas 
limites de aquecimento de armadura e campo (Ponto B). 
Se uma unidade opera além de sua capacidade especificada, o 
excesso de calor no estator e no rotor fará com que o isolamento dos 
enrolamentos se deteriore com rapidez. Isolamento exposto ao calor 
intenso torna-se quebradiço, apresenta fissuras e pode eventualmente 
transformar-se em material condutor. 
O gerador é protegido de gerar e absorver potência reativa além de 
sua capabilidade através da proteção de super- e sub-excitação. 
 
 
 
Figura 2.101 Unidade de Geração e seu Controle Automático de Geração. 
 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-144 
 
2.7.6 Sincronismo e Paralelismo 
Conectar eletricamente um gerador a um sistema ca é denominado de 
sincronização do gerador ao sistema ca. A sincronização de um 
gerador é feita por meio de mecanismo automático de sincronismo. 
Antes de conectar à rede, o gerador é acelerado à correta velocidade 
e o rotor é magnetizado. A fim de evitar elevadas correntes no 
momento da sincronização as tensões nos terminais do gerador e da 
rede devem ser iguais, resultando nas seguintes condições: 
 
− Efetuar a partida do gerador, sem carga, de modo a obter 
velocidade de rotação nominal e tensão nominal nos terminais da 
máquina; 
− Os fasores de tensão do gerador e rede devem ter mesma 
magnitude e mesma fase. 
− Certificar-se de que a frequência e as seqüências de fase do 
gerador e da rede são as mesmas. 
− Fechar chave de conexão. 
 
Em operação normal a potência de saída pode ser levada próximo de 
zero antes de uma conexão ou uma desconexão. Isto evita a 
existência de transitórios de tensão e surtos de corrente durante a 
conexão ou desligamento da rede. 
 
Exemplo 1 
 
Um gerador síncrono de pólos lisos apresenta os seguintes dados: 
Snom=400 kVA, VLN,nom=3470 V, f=50 Hz, Xs=50 Ω, R=0, η=1 (perdas 
desconsideradas). A curva do gerador a vazio é mostrada na Figura 
2.102. 
 
 
Figura 2.102 Curva sem cargado gerador. 
 
Determinar a corrente de excitação ótima para a condição de 
operação de corrente e tensão nominal. 
 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao 
2-145 
 
 
Solução 
A corrente de excitação ótima é obtida quando a corrente do estator é 
mínima e o fator de potência é máximo (cosϕ=1). 
 
Em plena carga, i.e. condição nominal de operação, a corrente do 
estator é calculada como: 
 
[ ]
3
3 400 10 38,42
3 3 3470LN
S
I A
V
φ ×= = =
⋅
 (2.22) 
 
A f.e.m. ótima E*0 correspondente à corrente de excitação ótima 
(quando ϕ=0) no caso de valores nominais de corrente e tensão é 
obtida do triângulo retângulo que descreve a f.e.m. em uma máquina 
síncrona de pólos lisos. 
 
( )
( ) [ ]
2* 2
0
223470 50 38,42 3966
sE V X I
V
= + ⋅
= + ⋅ =
 (2.23) 
 
O valor ótimo de I*f correspondente a E*0 é obtido da Fig.2.81 como: 
 
[ ]* 9,05fI A= (2.24)