Levantamento das Curvas Características a vazio e a Curto-Circuito de uma Máquina Síncrona

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1. Objetivos da Prática 
Determinar a partir de ensaios as curvas características a vazio (ou curva de 
saturação de circuito aberto) e de curto-circuito, assim como, a partir de medições, 
a resistência de armadura e, por meio de cálculos, a reatância síncrona. 
 
2. Descrição da Prática 
A prática foi realizada no Laboratório de Máquinas Elétricas, que fica localizado 
no térreo do departamento de Engenharia Elétrica – DEE. Para os dois ensaios 
utilizou-se duas máquinas síncronas, uma foi utilizada como máquina primária e 
outra como gerador síncrono (GS), a tensão nominal dessas máquinas é de 380 V 
(tensão fase-fase), a corrente nominal é dada por 0,9 A e o gerador possui os 
enrolamentos de armadura ligados em YY, as máquinas estão funcionando em 
regime permanente. 
O primeiro ensaio realizado foi o a vazio, cuja montagem está ilustrada na figura 
1. Esse ensaio consistiu na medição da corrente de campo em pontos pré-
determinados de tensão terminal dados pela norma IEEE115, assim mediu-se 6 
valores abaixo de 60% da tensão nominal (incluindo uma com zero de excitação), 
10 valores entre 60% e 110% da tensão nominal e 2 valores entre 110% e 130% 
da tensão nominal. 
 
 
Figura 1 – Montagem para o ensaio a vazio. 
 
Como pode-se observar da figura 1 esse ensaio é realizado com os 
enrolamentos do GS em aberto. As fontes externas representam a tensão da rede 
(380 V – tensão de linha -, 60 Hz – frequência utilizada em todo o ensaio) e o 
varivolt foi o elemento utilizado para controlar a corrente de campo e a tensão nos 
 
Universidade Federal de Pernambuco 
Departamento de Engenharia Elétrica – DEE 
Máquinas Elétricas 
Levantamento das Curvas Características a Vazio e de Curto-
Circuito de uma Máquina Síncrona 
Aluno: Ericles Mauricio Barbosa. Data: 20/03/2018 
α Obrigatório β Não-Obrigatório 
terminais do GS. Antes do ensaio excitou-se o gerador e depois retirou-se a 
excitação para se verificar a tensão residual nos terminais da máquina, assim 
iniciou-se o ensaio a partir desse valor residual. 
O segundo ensaio realizado foi o de curto-circuito, que consistiu na medição de 
valores da corrente de campo para 5 valores de corrente de armadura dados por 
25%, 50%, 75%, 100% e 125% da corrente nominal da armadura. A figura 2 mostra 
a montagem realizada. Para esse caso verifica-se que os enrolamentos de 
armadura do GS estão curto-circuitados. 
 
 
Figura 2 – Montagem para o ensaio de curto-circuito. 
 
A última parte da prática foi a medição da resistência de armadura por fase, para 
realizar essa medição utilizou-se um multímetro digital. Como a máquina está com 
os enrolamentos de armadura ligados em YY, o valor determinado de resistência 
foi dividido por 2. A reatância de armadura foi calculada a partir de informações 
das duas curvas levantadas nos ensaios, esse cálculo está especificado na 
próxima seção deste relatório. 
 
3. Medições, Registros, Gráficos e Cálculos 
3.1. Ensaio a Vazio 
Para esse ensaio utilizou-se os seguintes instrumentos de medição: 
- Multímetro digital: para medição da corrente de campo; 
- Qualímetro: para medição das tensões de armadura. 
A tabela 1 mostra os valores obtidos nas medições com excitação crescente. 
 
Tabela 1 – Medições com Excitação Crescente no Ensaio a Vazio. 
Corrente de 
campo (If) 
Tensão terminal 
(Vt – tensão fase-
fase) 
0 A 0,40 V 
0,134 A 35,01 V 
0,261 A 74,00 V 
0,406 A 115,00 V 
0,552 A 155,00 V 
0,696 A 191,00 V 
0,852 A 227,00 V 
0,961 A 250,00 V 
1,046 A 267,00 V 
1,138 A 284,70 V 
1,252 A 304,00 V 
1,363 A 321,70 V 
1,509 A 343,00 V 
1,642 A 364,90 V 
1,817 A 380,00 V 
2,040 A 399,40 V 
2,240 A 418,50 V 
2,440 A 432,00 V 
2,859 A 454,00 V 
 
Para esses valores mostrados na tabela 1, obteve-se, com o auxílio do 
 MATLAB, a curva característica a vazio mostrada na figura 3 e a linha de 
 entreferro. 
 
 
 Figura 3 – Curva Característica a Vazio. 
 
Observa-se na figura 3 que, como esperava-se, em valores maiores que a 
 tensão nominal a curva começa a apresentar características de saturação. 
 
 
3.2. Ensaio de Curto-Circuito 
Para esse ensaio utilizou-se os seguintes instrumentos de medição: 
 - Multímetro digital: para medição da corrente de campo; 
 - Qualímetro: para medição das correntes de armadura. 
 A tabela 2 apresenta os valores obtidos nas medições desse ensaio. 
 
Tabela 2 – Medições do Ensaio de Curto-Circuito. 
Corrente de campo 
(If) 
Corrente de 
Armadura (Ia) 
0.408 A 0.222 A 
0.839 A 0.449 A 
1.263 A 0.672 A 
1.704 A 0.905 A 
2.132 A 1.128 A 
 
 A figura 4 apresenta a curva desse ensaio, obtido com o MATLAB, de acordo 
com os dados da tabela 2. 
 
 
Figura 4 – Curva Característica de Curto-Circuito. 
 
 Observa-se na figura 4 que, como esperava-se, a curva é linear. 
 
 
 
 
3.3. Medição da Resistência de Armadura 
 Para essa medição utilizou-se apenas o multímetro digital. Após desligadas as 
 máquinas utilizadas inseriu-se os terminais do multímetro nos terminais do GS e 
 assim mediu-se os valores de resistência. Como os enrolamentos da máquina 
 estão ligados em YY, necessitou-se dividir cada valor encontrado por 2 para se 
 obter o valor de resistência entre a fase e neutro. 
A tabela 3 apresenta os valores medidos entre as fases. 
 
Tabela 3 – Valores Medidos de Resistência de Armadura. 
Resistência de armadura Valor medido 
Rab 35,09 Ω 
Rac 36,10 Ω 
Rbc 36,20 Ω 
 
 Retirando-se a média aritmética desses valores tem-se que a resistência média 
é dada por 35,8Ω. 
 A tabela 4 apresenta os valores calculados de resistência por fase. 
 
Tabela 4 – Valores Calculados de Resistência de Armadura por Fase. 
Resistência de armadura Valor medido 
Ran 17,55 Ω 
Rbn 18,05 Ω 
Rcn 18,10 Ω 
 
 Retirando-se a média aritmética entre esses valores tem-se 17,9Ω. 
 
3.4. Reatância Síncrona 
 A partir das informações obtidas nos dois ensaios realizados pode-se obter os 
 valores da reatância síncrona saturada e não-saturada. 
 A reatância síncrona não-saturada é dada por 
𝑋𝑠,𝑛𝑠 =
(𝑉𝑡
√3)
⁄
𝐼𝑎
′ 
 em que Vt é a tensão terminal e I’a é a corrente de armadura correspondente à 
 corrente de campo que produz Vt na linha de entreferro, que é determinada a 
 partir do gráfico de Ia x If (figura 4). 
 A corrente de campo que produz Vt nominal no entreferro é dada por If = 1,345A 
 que corresponde a Ia = 0,720A. Assim, 
𝑋𝑠,𝑛𝑠 =
(380
√3)
⁄
0,72
= 304,71 Ω/𝑓𝑎𝑠𝑒. 
 A reatância síncrona saturada é dada por 
𝑋𝑠 =
(𝑉𝑡
√3)
⁄
𝐼𝑎
′′ 
 em que I’’a é a corrente de armadura referente à corrente de campo que produz 
 a tensão terminal. Como If = 1,817A, então I’’a = 0,971A. Logo, 
𝑋𝑠 =
(380
√3)
⁄
0,971
= 225,94 Ω/𝑓𝑎𝑠𝑒. 
 
4. Pessoal Envolvido 
 A prática foi desenvolvida pelo professor Cícero Mariano e foi guiada pelo técnico 
Marcos e pelo monitor da disciplina Roberto. Os estudantes que participaram da 
prática em 12/03/2018 no horário das 11hs às 13hs foram Ericles Barbosa, Bruna 
Magnata, Dalton Pessoa, Luanda Bernardo, Renê Luis, Philip Costa, Danilo 
Matheus, Pietro Medeiros, Lucas Matheos, Paulo Oliveira e Mário Lucas. 
 
5. Comentários 
 Na seção 3.1 observa-se que há tensão residual na excitação zero, tal fato já era 
esperado, uma vez que qualquer material magnético possui fluxo residual. Na 
seção 3.4 observa-se que as reatâncias calculadas possuem o termo Vt dividido 
por √3, isso foi necessário pelo fato de que as reatâncias calculadas eram entre 
fase-neutro e a tensão era entre fase-fase, nessa mesma seção a expressão que 
relaciona Ia e If para o cálculo de I’a e I’’a é dada por Ia = 0,53*If + 7,59*10e-3, essa 
expressão é a equação da curva do ensaio de curto-circuito. 
 
6. Sugestões 
 Espera-se no futuro que o laboratório de Máquinas Elétricas tenha mais 
equipamentos e instrumentos para que não seja necessário que o grupo inteiro 
que vai à prática fique concentradoem apenas 1 bancada. 
 
7. Conclusões 
 Como pôde-se observar os gráficos dos dois ensaios realizados estão dentro do 
que era esperado, já que a relação entre tensão de armadura e corrente de campo 
formam uma curva de saturação e a relação entre corrente de armadura e corrente 
de campo é linear. Com esses gráficos foi possível determinar parâmetros como a 
reatância síncrona saturada e não saturada, valores esses que mostram como a 
reatância do enrolamento de armadura variaria caso existisse ou não saturação. 
 A resistência de armadura é medida por meio de uma medição em corrente 
contínua (CC), apesar da máquina ser de corrente alternada (CA), aceita-se que 
esse parâmetro seja assim medido. Entretanto sabe-se que esse valor variaria se 
fosse feito o teste em CA devido ao efeito skin (ou efeito pelicular), que afirma que 
em um condutor percorrido por uma corrente alternada as cargas tendem a se 
concentrar mais na superfície do condutor, o que afeta a distribuição de corrente 
já que as cargas não ficam uniformemente distribuídas no condutor, tal situação 
não ocorre em CC, pois as cargas distribuem-se uniformemente em todo o 
condutor.