Relatório de prática 6 lab converão- Máquina Síncrona em regime permante- EZI ADJOINO INDI

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Instituto de Engenharia e 
 Desenvolvimento 
 Susténtável - IEDS 
 Engenharias de Energias 
 
 
 
LABORATÓRIO DE CONVERSÃO ELETROMECÂNICA 
 
 
RELATÓRIO DE PRÁTICA IV (6) 
 
 
Título: Máquinas Síncronas Em Regime Permanente 
 
 
 
 
 
 
 
Docente: Humberto Ícaro Fontinele 
Discente: Ezi Adjoino Indi 
 
 Redenção-CE, 31/01/2020 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
Introdução ......................................................................................................................... 3 
Objetivos: ......................................................................................................................... 3 
Procedimentos ............................................................................................................... 4-7 
Resultados e Discussões. ............................................................................................. 4-17 
Conclusão-----------------------------------------------------------------------------------------18 
Referências----------------------------------------------------------------------------------------18 
 
3 
 
 
 
Introdução 
 
As máquinas síncronas são as mais importantes fontes de geração de energia elétrica 
Como é do conhecimento de estudantes de disciplina de conversão eletromecânica que a 
Máquina Síncrona- é uma máquina elementar composta por três enrolamentos no estator, 
defasados de 120 graus o enrolamento no rotor é alimentado por uma corrente contínua. 
E o rotor da máquina síncrona (MS) pode ser: de polo liso ou com polos salientes tal 
como foi visto na sala de aula da disciplina, sabe-se que a máquina de rotor liso é usada 
para acionamentos em alta velocidade, como é notório a sua velocidade é (n = 1800 rpm) 
e a de polos salientes para acionamentos em baixa velocidade. De acordo Fabio (2016), 
Aproximadamente +99 % de toda a potência é gerada por máquinas síncronas. 
 Também sabe se que a maior parte dos conversores eletromecânicos de energia de alta 
potência são baseados em movimento rotacional, movimento esse composto por duas 
grandes partes a saber: primeiro a parte fixa estator) e parte móvel que é rotor. 
Geradores síncronos são indispensáveis para o sistema de geração de energia no Brasil. 
São amplamente utilizados, desde pequenas máquinas até nas grandes centrais de 
geração. Durante a operação de um gerador síncrono é preciso conhecer os limites dentro 
do qual ele pode ser seguramente utilizado (BERTINETI, 2014). 
 
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). 
 
 
4 
 
 
Procedimentos: 
Vale salientar que aqui nos procedimentos foram usados nos dois multímetros, três cargas 
conectadas ao motor com suas fases e duas fontes que são: fonte monofásica e trifásica, 
a fonte monofásica foi conectada com duas fases de multímetro e fonte trifásica com três 
fases e três conexões ligadas em estrela para gerador e essa fonte. Também foi usado um 
aparelho importante que serviu na medição da velocidade que é Tacômetro (regulador 
da velocidade). Num primeiro momento trabalhou com a corrente de circuito aberto na 
fonte monofásica medindo a tensão, corrente contínua e velocidade, e no segundo com a 
fonte trifásica , aqui também foi feita a mesma medição só que com a corrente alternada, 
ou seja variou a corrente contínua na escala de: 0 a 2, isto variando de 0,4A até 2 e mediu 
a corrente alternada com a velocidade. Sabe-se que o MIT tem uma velocidade de 
1800rpm, que é o valor estipulado da máquina, pois na medição, com apoio de 
Tacômetro encontrou um valor de velocidade esse valor vai ter que servir de cálculo de 
regra de três simples para achar tensão nominal com vista a plotar o gráfico tensão 
corrente (gráfico de circuito aberto) e o segundo gráfico de: corrente alternada e corrente 
contínua (gráfico de curto circuito), mas antes deve fazer o mesmo procedimento do 
anterior para encontrar uma corrente alternada nominal e por fim plotar o gráfico, estes 
gráficos vão ser plotados no Excel. As apresentações de medições de valores, pretende-
se fazê-lo nos resultados e discussões de modo a poder discutir os resultados juntamente 
com os gráficos que serão plotados, mas antes é preciso apresentar as fotos de tal motor 
(máquina) em que foi feita as medições: 
 
5 
 
 
Foto 1- Acervo próprio. 
 
6 
 
 
 
Foto 2- Acervo próprio. 
 
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Foto 3- Acerco próprio. 
 
 
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Resultados e Discussões 
 
Primeira medição com corrente contínua variando de 0 a 2, ou seja, variação de: 0,4 até 
2. 
1. Medição: 
Ic = 0 A 
Tensão, V = 5V 
Velocidade, V= 1753prm 
Agora vou calcular a tensão nominal através de regra de três simples: 
1800 rpm--------------------------- 5V Logo. X = 4,869V 
1753 rpm--------------------------- X Tensão nominal é, V = 4,869V 
 
2. Medição: 
Ic = 0,41A 
1800 rpm--------------------------- 100V Logo. X = 97,27V 
1751 rpm--------------------------- X Tensão nominal é, V = 97,27V 
Obs.: esse defere do anterior, pois a corrente na primeira medição, foi 0 (zero) o que 
contribuiu para uma tensão menor, e no segundo caso a tensão é bem maior, pois a 
corrente é superior a primeira. 
 
3. Medição: 
Ic = 0,8A 
1800 rpm--------------------------- 159V Logo. X = 154,41V 
1748 rpm--------------------------- X Tensão nominal é, V = 154,41V 
 
 
4. Medição: 
Ic = 1,2A 
1800 rpm--------------------------- 194V Logo. X = 187,75V 
1742 rpm--------------------------- X Tensão nominal é, V = 187,75V 
 
Nota-se que quanto maior a corrente, maior é a tensão, pois são proporcionais 
como é notório nos cálculos. 
 
9 
 
5. Medição: 
Ic = 1,6A 
1800 rpm--------------------------- 215V Logo. X = 207,48V 
1737 rpm--------------------------- X Tensão nominal é, V = 207,48V 
 
 
 
6. Medição: 
Ic = 2A 
1800 rpm--------------------------- 231V Logo. X = 222,02V 
1730 rpm--------------------------- X Tensão nominal é, V = 222,02V 
 
 
Aqui os valores de tensão disparam, por causa daquilo que foi dito no parágrafo 
anterior, enquanto que a velocidade decresce. Agora vai desenhar a tabla tensão 
e corrente, neste caso contínua e plotar o gráfico. 
 
Tensão Corrente contínua 
4,87V 0 A 
97,27V 0,41A 
154,41V 0,8A 
187,75V 1,2A 
207,48V 1,6A 
222,02V 2A 
 
 
 Gráfico tensão corrente (gráfico de circuito Aberto). 
 
 
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Para se obter o valor da tensão nominal do estator em função da corrente de campo, basta 
efetuar o ensaio em vazio do gerador. Aciona-se mecanicamente o gerador à velocidade 
síncrona e varia-se a corrente de campo de zero ao seu valor máximo neste caso 2. Esta 
característica é chamada “Característica de Circuito Aberto (CCA)” do gerador. Ou seja, 
este é o gráfico de circuito Aberto. Como é notório no gráfico tem-se um gráfico de tensão 
e corrente, o gráfico é crescente mostrando que na medida que os valores de tensão 
aumentam em relação a corrente, o gráfico tende a tornar-se uma curva, ou seja, uma 
parábola. Esses valores foram reajustados com o cálculo de regra de três simples, em que 
os valores medidos juntos dos valores de velocidade foram designadosno final como os 
valores de tensão de nominal e corrente nominal. 
 
 
 
 
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Para plotar o segundo gráfico corrente contínua e alternada, tenho as seguintes medidas: 
Vale dizer que aqui a corrente contínua foi variada de: 0 a 2, variando e 0,4. É já a parte 
de circuito- aberto. 
1. Medição: 
Ic = 0 A 
Corrente Alternada, IA = 0,08A 
Velocidade, V= 1756prm 
Agora vou calcular a tensão nominal através de regra de três simples: 
1800 rpm--------------------------- 0,08A Logo. X = 0,078A 
1758 rpm--------------------------- X Tensão nominal é, IA = 0,078ª 
 
2. Medição: 
Ic = 0,4A 
Corrente Alternada, IA = 0,13A 
Velocidade, V= 1756prm 
Agora vou calcular a tensão nominal através de regra de três simples: 
1800 rpm--------------------------- 0,13A Logo. X = 0,127A 
1758 rpm--------------------------- X Corrente alternada, IA =,127ª 
 
3. Medição: 
Ic = 0,8A 
Corrente Alternada, IA = 0,31A 
Velocidade, V= 1756prm 
Agora vou calcular a tensão nominal através de regra de três simples: 
1800 rpm--------------------------- 0,31A Logo. X = 0,302A 
1756 rpm--------------------------- X Corrente alternada, IA =0,302A 
 
 
4. Medição: 
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Ic = 1,2A 
Corrente Alternada, IA = 0,46A 
Velocidade, V= 1756prm 
Agora vou calcular a tensão nominal através de regra de três simples: 
1800 rpm--------------------------- 0,46A Logo. X = 0,447A 
1748 rpm--------------------------- X Corrente alternada, IA =0,447A 
 
5. Medição: 
Ic = 1,6A 
Corrente Alternada, IA = 0,63A 
Velocidade, V= 1741prm 
Agora vou calcular a tensão nominal através de regra de três simples: 
1800 rpm--------------------------- 0,63A Logo. X = 0,609A 
1741 rpm--------------------------- X Tensão nominal é, IA 0,609A 
 
 
6. Medição: 
Ic = 2,02A 
Corrente Alternada, IA = 0,81A 
Velocidade, V= 1756prm 
Agora vou calcular a tensão nominal através de regra de três simples: 
1800 rpm--------------------------- 0,81A Logo. X = 0,786A 
1725 rpm--------------------------- X Tensão nominal é, IA = 0,786A 
 
 
 
 
Corrente Contínua Corrente Alternada 
0A 0,078A 
0,4A 0,127A 
0,8A 0,302A 
1,2A 0,447A 
1,6A 0,609A 
2,02A 0,786A 
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 Agora plotar gráfico 
 
 
 
 
 
Este é o gráfico de curto-circuito, de dizer que foram plotados neste gráfico os valores 
de corrente contínua e corrente alternada, o gráfico é crescente, pois os valores de 
tensão são bem aproximados, tende a crescer tanto na medida que os valores de corrente 
contínua aumentam. 
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Questionários 
Para responder questionários pretende-se dividir em duas partes: 
Primeiro responde-se questões de trabalho preparatório. 
 
1. Para que servem os ensaios de curto circuito e circuito aberto nos geradores 
síncronos? 
R: 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. 
2. Qual a finalidade dos enrolamentos amortecedores? 
R: Este enrolamento destina-se a amortecer oscilações de binário mecânico que 
provoquem quebras de sincronismo, e que poderiam causar a saída de serviço da 
máquina uma vez que fora do sincronismo esta deixa de produzir binário útil (motor 
ou gerador). 
 
3. Por que a frequência de um gerador síncrono depende da velocidade de rotação do 
eixo? 
R: 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). 
 
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𝑓𝑒 =
𝑛𝑚 .𝑝
120
 → constante 
 
 
4. Explique brevemente como pode ser obtida a impedância síncrona e a resistência do 
induzido de um gerador síncrona? 
 A impedância síncrona é composta de: Zs = Ra + jXs Ra - Resistência 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). 
 
5. 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? 
R: 
O importante é que o fluxo máximo não deve aumentar. Então: 
 
 𝐸𝐴1 = 𝐾 𝜙 𝜔1 → 
𝐸𝐴1
𝐸𝐴2
= 
𝑓1
𝑓2
 
 𝐸𝐴2 = 𝐾 𝜙 𝜔2 
 
 𝐸𝐴2 = 𝐸𝐴1 
𝑓2
𝑓1
 
 
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. 
 
6. 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? 
R: 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. 
 
 Segunda parte de questionários 
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7. Apresente um esquema das ligações das máquinas e instrumentos utilizados; 
R: Para responder esta questão, vale dizer que as fotos já apresentadas acima, 
responderam já esta questão, isto fica na parte do procedimento e foi bem 
explicitado os instrumentos usados nesta prática. 
 
8. Forneça os da dos de placa da máquina ensaiada. 
R: De fato esses dados foram apresentados logo no início dos resultados e discussões lá 
foram realizados os cálculos necessários, usado na regra de três simples que permitiu 
encontrar tensão nominal e corrente nominal. 
9. Apresente as curvas em vazio e em curto-circuito, indicando a linha do entreferro. 
R: Foi já apresentado este gráfico, mas de fato foi difícil conseguir tracejar a linha do 
entreferro, a resolução foi feita no Excel, mas não foi possível e nem fácil plotar isso, 
mas o gráfico em geral está acima e é o primeiro gráfico (Gráfico de curto-circuito). 
10. Calcule os valores de: 
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, assim: 
Zns = 
𝑉𝑛𝑠
𝐼𝑎
 Zns = 
873,8
6,01
 
 
 Zns = 145,39V 
 
-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 = 3Vns.Ia^2 
R = 
𝑉𝑛𝑠^2 
𝑃
 = 
(873,8)^2
(94,68𝑥10^3)
 P = 3(873,8) (6,01) ^2 
 R = 8,064Ohms P = 94,68KW 
 
Logo, reatância Síncrona a tensão saturada é: 
Xs = sqrt (Zns)^2 – R^2 
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Xs = sqrt (145,39) ^2 – (8,06) ^2 
Xs = 145,16 Ohms. 
 
. Relação de Curto-Circuito (RCC) 
A relação de curto-circuito é definida como sendo 
 
r = 
𝐼𝑓/𝑎
𝐼𝑓1
 
 
 
 
 
 
 
 
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Conclusão 
 
 Para concluir, verificou-se que na prática o conteúdo exposto na teoria sobre geradores 
síncronos. Pois, através do experimento demostrado pode-se determinar os parâmetros do 
gerador e fazer análises, tal como foi feito. Foi visto seu comportamento em diferentes 
situações como por exemplo nos dois gráficos: em circuito aberto, e em curto circuito 
analisando também as variações de seus parâmetros. Podem-se confirmar as leis que 
regem os comportamentos dos geradores, partindo do ponto de vista das equações 
matemáticasatreladas com a prática, foi ilustrado e muito bem explicitado a regra de três 
simples para achar os valores de tensão nominal e corrente nominal, o que permitiu na 
confecção dos dois gráficos no Excel. Portanto, esta prática serviu-se mais uma vez como 
uma oportunidade para o aprendizado da disciplina de laboratório de conversão 
eletromecânica. 
 
 
 
 
Referências 
 
BERTINETI, Daniel Pegoraro. LEVANTAMENTO DA CURVA DE CAPABILIDADE 
DE UM GERADOR SÍNCRONO DE POLOS SALIENTES. 2014. 
FABIO. Motivações para o estudo de máquinas síncronas. 2016.