11

Automação Industrial Automação Industrial Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

Prof. Flávio VidalProf. Flávio Vidal

Automação de Sistemas – Automação de Sistemas – 1o/20081o/2008

22

Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

33

Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

44

Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

55

Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

66

Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

77

Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

88

Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

99

Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

1010

Máquinas ElétricasMáquinas Elétricas

1111

Maquina SíncronaMaquina Síncrona

1212

As máquinas síncronas constituem uma das famílias mais importantes de máquinas elétricas.

Os geradores síncronos produzem a maior parte da energia elétrica consumida no mundo.

Os motores síncronos, por sua vez, são muito utilizados, tanto pela característica de possuírem uma velocidade garantida em função da freqüência, como seu fator de potência ser regulável.

“ Uma máquina síncrona é uma máquina de corrente alterna na qual a freqüência da tensão induzida e a velocidade possuem uma relação constante ”.

1 - Introdução

1313

O induzido da máquina síncrona, normalmente no estator, é idêntico ao da máquina assíncrona, e portanto constituído por um enrolamento distribuído, normalmente trifásico e com um ou mais pares de pólos.

2 - Particularidades Construtivas

Armadura

1414

Estator:

2 - Particularidades Construtivas

Gerador de 500MVA, 15kV de uma central hidroelétrica

Armadura

1515

O indutor, normalmente no rotor, é constituído por um enrolamento monofásico alimentado por corrente contínua, também designado enrolamento de campo ou de excitação. Imãs permanentes são utilizados, em substituição desse enrolamento, nas unidades de menor potência.

Apresentam-se sob duas formas:

Máquinas de rotor cilíndrico, ditas turbo-alternadores ou turbo-motores. Neste caso o enrolamento rotórico é distribuído.

Máquinas de pólos salientes, em que o enrolamento é constituído por bobinas concentradas em torno de sapatas polares.

2 - Particularidades Construtivas

1616

2 - Particularidades Construtivas

ROTOR:

1717

2 - Particularidades Construtivas

Máquinas de rotor cilíndrico:

Rodam a velocidades elevadas (neste tipo de enrolamento os 2 ou 4 pólos);

São compostas de peças com grande resistência mecânica, normalmente rotores maciços em aço.

As restrições mecânicas impõem o limite de 1250 mm para o diâmetro a 3000 rpm, o que provoca a forma alongada para este tipo de máquinas.

As unidades de potência superior a 125 MVA rodam em hidrogênio para reduzir perdas por ventilação e aumentar a potência específica.

As potências máximas ultrapassam os 1200 MVA a 3000 rpm e os 1650 MVA a 1500 rpm (valores de 1982).

1818

2 - Particularidades Construtivas

Máquinas de rotor cilíndrico:

1919

2 - Particularidades Construtivas

Máquinas de pólos salientes:

Este tipo de construção é possível para todas as velocidades de rotação síncrona e toda a gama de potências.

O nr. mínimo de pólos mínimo é fixado em 4.

Este tipo de máquina é usado por exemplo em centrais hidro-elétricas, acoplado a turbinas Francis ou Kaplan, devido à velocidade ser reduzida, segundo a natureza da queda. Por esse motivo, são máquinas com muitos pólos o que as leva a serem maiores em diâmetro do que em profundidade.

2020

2 - Particularidades Construtivas

2121

2 - Particularidades Construtivas

Enrolamento amortecedor:

Na maior parte das máquinas síncronas existe ainda um terceiro enrolamento colocado no rotor. Este enrolamento é semelhante ao enrolamento tipo gaiola das máquinas assíncronas.

2222

2 - Particularidades Construtivas

Excitação:

O enrolamentode excitação (ou indutor) está no rotor e é alimentado por corrente contínua através de anéis coletores, sobre os quais deslizam escovas.

A potência DC requerida para a excitação aproxima-se de 1% da nominal, podendo ser fornecida a partir de retificadores controlados, ou através de uma “excitatriz”, gerador gerador menor autoexcitado ou não, DC ou AC com rectificadores, montado sobre o mesmo eixo.

2323

2 - Particularidades Construtivas

Excitação DC:

2424

2 - Particularidades Construtivas

Núcleos Laminados:

Operadas por histerese e Correntes de Faucaut

2525

3 - Funcionamento

Lei de Faraday:

dtd

e

2626

3 - Funcionamento

Armadura: CMG Rotor: Campo Estacionário

2727

Uma máquina síncrona é uma máquina CA, cuja velocidade em regime permanente é proporcional á freqüência da corrente de armadura. A velocidade síncrona o CMG criado pelas correntes de armadura caminha à mesma velocidade que o campo criado pelas correntes de campo, o que resulta em um conjugado constante.

3 - Funcionamento