A mquina sncronaA mquina sncrona

A mA mquina squina sncrona: ncrona: generalidadesgeneralidades

A mA mquina squina sncrona utiliza um ncrona utiliza um estesttor constitutor constitudo por um do por um

enrolamento trifenrolamento trifsico sico distribudistribudo a 120do a 120 idntico idntico

mmquina assquina assncronancrona

O rO rtor esttor est formado formado por um enrolamento por um enrolamento alimentado desde o alimentado desde o exterior atravexterior atravs de s de

escovas e anescovas e anis is deslizantes mediante deslizantes mediante

corrente continuacorrente continuaO rO rtor pode ser de ptor pode ser de plos lisos ou los lisos ou de pde plos salienteslos salientes

Industrialmente Industrialmente o gerador utilizado na maioria das centrais o gerador utilizado na maioria das centrais elelctricas: turboalternadores e grandes alternadores ctricas: turboalternadores e grandes alternadores

hidrhidrulicosulicos

Como motor usaComo motor usa--se principalmente quando a potncia se principalmente quando a potncia solicitada solicitada muito elevada >1 MWmuito elevada >1 MW

NNN

S

S

Sentido dascorrentesno rtor

A mA mquina squina sncrona: ncrona: generalidadesgeneralidades

N

S

Linhas de campo

Elevadas velocidades derotao: turboalternadoresElevadas velocidades deElevadas velocidades derotarotao: turboalternadoreso: turboalternadores

Velocidades de rotao baixas

Velocidades de rotaVelocidades de rotao o baixasbaixas

Rtor de plos

salientes

RRtortor de de pplos los

salientessalientes

Rtorliso

RRtortorlisoliso

Motores Motores ssncronosncronos

CatCatlogos logos comerciaiscomerciais

GeradoresGeradoresssncronosncronos

L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmquinas elquinas elctricas rotativasctricas rotativas

L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmquinas elquinas elctricas rotativasctricas rotativas

L. Serrano: L. Serrano: Fundamentos de Fundamentos de

mmquinas elquinas elctricas ctricas rotativasrotativas

GeradoresGeradores ssncronosncronos L. Serrano: Fundamentos de L. Serrano: Fundamentos de mmquinas elquinas elctricas rotativasctricas rotativas

Mulukutla Mulukutla S. S. SarmaSarma: : ElectricElectricmachinesmachines

Corte transversal de Corte transversal de umauma central hidrcentral hidrulicaulica

RRtortor

Mulukutla Mulukutla S. S. SarmaSarma: : ElectricElectricmachinesmachines

ESTTOR= Enrolamento trifsicodistribudo alimentado comsistema trifsico de tenses

ESTTOR= Enrolamento trifsicodistribudo alimentado comsistema trifsico de tenses

RTOR= Enrolamento alimentadocom corrente contnua que criaum campo magntico fixo

RTOR= Enrolamento alimentadocom corrente contnua que criaum campo magntico fixo

CAMPO MAGNTICO GIRANTECAMPO MAGNTICO GIRANTE

INTERACO RTOR - ESTTORINTERACO RTOR - ESTTOR

BINRIO MOTOR E ROTAO DA MQUINABINBINRIO MOTOR E ROTARIO MOTOR E ROTAO DA MO DA MQUINAQUINA

PrincPrincpio de funcionamento: pio de funcionamento: motormotorO RO RTOR GIRA TOR GIRA MESMA MESMA

VELOCIDADE QUE O VELOCIDADE QUE O CAMPO: VELOCIDADE DE CAMPO: VELOCIDADE DE

SINCRONISMOSINCRONISMO

PfNS= 60

PfNS= 60

Controlando a excitaControlando a excitao o (tenso de alimenta(tenso de alimentao do o do rrtor) conseguetor) consegue--se que a se que a

mmquina trabalhe com qualquer quina trabalhe com qualquer factor de potncia: factor de potncia: PODE PODE

ABSORVER OU FORNECER ABSORVER OU FORNECER POTNCIA REACTIVA QPOTNCIA REACTIVA Q

ESTTOR= enrolamento trifsicodistribudo conectado carga

ou rede que se deseja alimentar

ESTTOR= enrolamento trifsicodistribudo conectado carga

ou rede que se deseja alimentar

RTOR= enrolamento alimentadocom corrente contnua que cria

um campo magntico fixo. Faz-segirar por um meio externo

RTOR= enrolamento alimentadocom corrente contnua que cria

um campo magntico fixo. Faz-segirar por um meio externo

TRANSFORMAO DE ENERGIA MECNICA EM ENERGIA ELCTRICA

TRANSFORMATRANSFORMAO DE ENERGIA O DE ENERGIA MECNICA EM ENERGIA ELMECNICA EM ENERGIA ELCTRICACTRICA

PrincPrincpio de funcionamento: pio de funcionamento: geradorgerador

Para ligar o gerador a uma Para ligar o gerador a uma rede rede necessnecessrio que rode rio que rode velocidade de sincronismo velocidade de sincronismo

correspondente correspondente frequncia frequncia da dita rededa dita rede

Controlando a excitaControlando a excitao o (tenso de alimenta(tenso de alimentao do o do rrtor) conseguetor) consegue--se que a se que a

mmquina trabalhe com quina trabalhe com qualquer factor de potncia: qualquer factor de potncia:

PODE ABSORVER OU PODE ABSORVER OU FORNECER QFORNECER Q

O campo criado pelo rtor, ao rodar, induz FEM no esttor

e, por tanto, faz circular corrente pela carga

O campo criado pelo rtor, ao rodar, induz FEM no esttor

e, por tanto, faz circular corrente pela carga

60NPf =60NPf = P=PARES DE PP=PARES DE PLOSLOS

N=VELOCIDADE DE N=VELOCIDADE DE ROTAROTAOO

jXs Rs A

B

E

IM

+V

jXs Rs A

B

E

IM

+V

Circuito equivalente (por Circuito equivalente (por fase) da mfase) da mquina squina sncronancrona

A FEM E A FEM E proporcional proporcional corrente de excitacorrente de excitao do ro do rtor. No tor. No funcionamento como gerador representa a tenso que se induz no funcionamento como gerador representa a tenso que se induz no estesttor. No funcionamento como motor, representa a fortor. No funcionamento como motor, representa a fora a contracontra--electromotrizelectromotriz que que necessnecessrio rio vencervencer para que circule a corrente para que circule a corrente

que alimenta o motorque alimenta o motor

Funcionamento Funcionamento como motorcomo motor

Reactncia sReactncia sncrona = reactncia disperso ncrona = reactncia disperso estesttor+efeito de reactor+efeito de reaco de induzidoo de induzidoReactncia Reactncia

ssncronancronaResistncia Resistncia

estesttortor jXs Rs A

B

E

IG

+V

jXs Rs A

B

E

IG

+V

Funcionamento Funcionamento como geradorcomo gerador

O gerador sO gerador sncrono em vazioncrono em vazioReactncia Reactncia

ssncronancrona jXs Rs A

B

E

IG

+V

jXs Rs A

B

E

IG

+V

funcionamento funcionamento como geradorcomo gerador

Resistncia Resistncia EstEsttortor

500 1000 1500 2000

5

10

15

20 kV

Iexc

18kV 390MVA

3000RPM

500 1000 1500 2000

5

10

15

20 kV

Iexc

18kV 390MVA

3000RPM

Tenso em vazio VTenso em vazio V

Quando o gerador trabalha em vazio Quando o gerador trabalha em vazio no hno h queda de tenso: a tenso de queda de tenso: a tenso de

salda coincide com a FEM Esalda coincide com a FEM E

NKE = NKE = VELOCIDADE VELOCIDADE DE ROTADE ROTAOOFLUXOFLUXO PROPORCIONAL A PROPORCIONAL A IIEXCEXC

O gerador sO gerador sncrono em carga: ncrono em carga: reacreaco do induzidoo do induzido

Quando o alternador trabalha em vazio Quando o alternador trabalha em vazio o o nico fluxo existentenico fluxo existente o produzido pela corrente conto produzido pela corrente contnua de excitanua de excitao do ro do rtortor

O fluxo total da mO fluxo total da mquina quina verver--sese-- diminudiminudo ou do ou

aumentado dependendo da aumentado dependendo da carga ser indutiva ou carga ser indutiva ou

capacitivacapacitiva

Quando fornece corrente a uma Quando fornece corrente a uma carga, Esta produz um campo carga, Esta produz um campo magnmagntico girante ao circular tico girante ao circular nos enrolamentos do estnos enrolamentos do esttor. tor. Este campo produz um binEste campo produz um binrio rio

oposto ao de rotaoposto ao de rotao da o da mmquina, sendo necessquina, sendo necessrio rio contrabalancontrabalanaa--lo com um lo com um

aumento da potencia mecnica aumento da potencia mecnica exterior. exterior.

Este efeito criado pelo Este efeito criado pelo campo do Estcampo do Esttor tor

conhecido pelo nome de conhecido pelo nome de reacreaco de induzidoo de induzido

CargaCarga

O gerador sO gerador sncrono em cargancrono em carga

U

U

U

I

I

I

RI

RI

RI

jXs

jXs

jXs

E

E

E

Carga resistiva

Carga Inductiva

Carga capacitiva

U

U

U

I

I

I

RI

RI

RI

jXs

jXs

jXs

E

E

E

Carga resistiva

Carga Inductiva

Carga capacitiva

PARA UMA MESMA TENSO DE SAIDA O PARA UMA MESMA TENSO DE SAIDA O GERADOR PODE FORNECER OU ABSORVER GERADOR PODE FORNECER OU ABSORVER

POTNCIA REACTIVA DEPENDENDO DA POTNCIA REACTIVA DEPENDENDO DA CARGA SER INDUTIVA OU CAPACITIVACARGA SER INDUTIVA OU CAPACITIVA

Para o conseguir basta modificar o valor de E Para o conseguir basta modificar o valor de E (modificando o campo de excita(modificando o campo de excitao)o)

Indutiva Indutiva Indutiva

jXs Rs A

B

E

IG

+V

jXs Rs A

B

E

IG

+V

funcionamento como geradorfuncionamento funcionamento como geradorcomo gerador

O gerador sO gerador sncrono em carga: ncrono em carga: funcionamento isoladofuncionamento isolado

O GERADOR ALIMENTA O GERADOR ALIMENTA UMA CARGA DE FORMA UMA CARGA DE FORMA

INDEPENDENTEINDEPENDENTE

funcionamento funcionamento ISOLADOISOLADO

LaLa tenso de tenso de alimentaalimentao o puedepuede variarvariar

O factor de O factor de potncia da potncia da carga carga fixofixo

Aumento da Aumento da excitaexcitaoo

Aumento da Aumento da tenso de tenso de

sasadada

Aumento da Aumento da potncia potncia mecnicamecnica

Aumento da Aumento da velocidade velocidade de rotade rotaoo

Aumento da Aumento da frequnciafrequncia

O gerador sO gerador sncrono em carga: ncrono em carga: LigaLigao a rede de Potncia Infinitao a rede de Potncia Infinita

O GERADOR ESTO GERADOR EST LIGADO A OUTRA LIGADO A OUTRA REDE EM QUE ACTUAM OUTROS REDE EM QUE ACTUAM OUTROS GERADORES: A SUA POTNCIA GERADORES: A SUA POTNCIA

MUITO PEQUENA EM COMPARAMUITO PEQUENA EM COMPARAO O COM O TOTAL DA REDECOM O TOTAL DA REDE

LIGALIGAO A REDE O A REDE DE POTNCIA DE POTNCIA

INFINITAINFINITA

A tenso de A tenso de alimentaalimentao o ESTEST FIXADA FIXADA

PELA REDEPELA REDE

A frequncia A frequncia ESTEST FIXADA FIXADA

PELA REDEPELA REDE

Aumento da Aumento da excitaexcitaoo

Aumento da Aumento da POTENCIA POTENCIA REACTIVA REACTIVA ENTREGUEENTREGUE

Aumento da Aumento da potncia potncia mecnicamecnica

Aumento da Aumento da POTENCIA POTENCIA

ACTIVA ACTIVA ENTREGUEENTREGUE

iU

1 2

3

RI

jXI

E

iU

1 2

3

RI

jXI

ESOBREXCITASOBREXCITAOO

SUBEXCITASUBEXCITAOOAA TENSO TENSO U U

ESTEST FIXADAFIXADAPELAPELA REDEREDE

NORMALNORMAL

i U

RI

jXI

3

E

i U

RI

jXI

3

E

GERADORGERADOR SUBEXCITADOSUBEXCITADOi RI

jXI

2

E

U

i RI

jXI

2

E

U

GERADORGERADORSOBREXCITADOSOBREXCITADO

AUMENTO CORRENTEAUMENTO DO NGULO

AUMENTO AUMENTO CORRENTECORRENTEAUMENTO AUMENTO DODO NGULO NGULO

AUMENTO AUMENTO DADAPOTNCIAPOTNCIA REACTIVA REACTIVA

FORNECIDAFORNECIDA

REDUREDUO DAO DAPOTNCIAPOTNCIA REACTIVA REACTIVA

FORNECIDAFORNECIDA

VariaVariao da velocidade nos o da velocidade nos motores smotores sncronosncronos

Motores Motores grande grande

potnciapotncia

INVERSORESINVERSORES

CICLOCONVERSORESCICLOCONVERSORES

Motores Motores baixa baixa

potnciapotncia

UTILIZAUTILIZAO DEO DEEQUIPAMENTOS EQUIPAMENTOS ELECTRELECTRNICOSNICOS

O motor sO motor sncrono roda ncrono roda velocidade de sincronismovelocidade de sincronismo

60*f/p60*f/p

PARA VARIAR APARA VARIAR AVELOCIDADE VELOCIDADE NECESSNECESSRIO RIO

VARIARVARIARA FREQUNCIAA FREQUNCIA

DE ALIMENTADE ALIMENTAOOAPLICAAPLICAES DE ELEVAES DE ELEVA--DA POTENCIA (>1 MW): DA POTENCIA (>1 MW): GRANDES MGRANDES MQUINAS QUINAS (Sopradores, (Sopradores, compressores, etc.) e compressores, etc.) e PROPULSO ELPROPULSO ELCTRICACTRICA

T4 T6 T2

T1 T3 T5

T1 T3 T5

T4 T6 T2

T4 T6 T2

T1 T3 T5

T1 T3 T5

T4 T6 T2

T4 T6 T2

T1 T3 T5

T1 T3 T5

T4 T6 T2

+

+

+

VR

VT

6,6 kV/1 kV

6,6 kV/1 kV

6,6 kV/1 kV

6,6 kV50 Hz

0 860 V0 17 Hz

0 520 V0 600 A

Devanado deexcitacin

MOTORASNCRONO

T4 T6 T2

T1 T3 T5

T1 T3 T5

T4 T6 T2

T4 T6 T2

T1 T3 T5

T1 T3 T5

T4 T6 T2

T4 T6 T2

T1 T3 T5

T1 T3 T5

T4 T6 T2

+

+

+

VR

VT

6,6 kV/1 kV

6,6 kV/1 kV

6,6 kV/1 kV

6,6 kV50 Hz

0 860 V0 17 Hz

0 520 V0 600 A

Devanado deexcitacin

MOTORASNCRONO

CicloconversorCicloconversorfabricado por ABB fabricado por ABB para o controlo de para o controlo de motores smotores sncronos ncronos

atat 14 MW14 MW

CicloconversoresCicloconversores

FuncionamentoFuncionamento dodocicloconversorcicloconversor

SISTEMA DE SISTEMA DE TENSES TENSES TRIFTRIFSICO QUE SICO QUE

ALIMENTA ALIMENTA ooCICLOCONVERSORCICLOCONVERSOR(Frequncia(Frequncia de de rederede eeamplitudeamplitude constante)constante)

TENSO TENSO RESULTANTE RESULTANTE DADACOMUTACOMUTAO DOO DO

CICLOCONVERSORCICLOCONVERSOR(Frequncia(Frequncia ee amplitudeamplitude varivariveis)veis)

M/S FANTASY

Central de gerao

Central de gerao

Motorestransversais

Motorestransversais

Central de gerao: 4 Geradores sncronos de 10,3 MVA 2 Geradores sncronos de 6,8 MVA Tenso=6,6 kV

Central de gerao: 4 Geradores sncronos de 10,3 MVA 2 Geradores sncronos de 6,8 MVA Tenso=6,6 kV

Motores: Sncronos de duplo enrolamento controlados com cicloconversores 2 Motores principais de 14 MW refrigerados a gua 6 Motores transversais de 1,5 MW

Motores: Sncronos de duplo enrolamento controlados com cicloconversores 2 Motores principais de 14 MW refrigerados a gua 6 Motores transversais de 1,5 MW

Tipo de propulso: Diesel - elctrica 4 Motores principais 2 Motores auxiliares Hlices de passo varivel

Tipo de propulso: Diesel - elctrica 4 Motores principais 2 Motores auxiliares Hlices de passo varivel

Motorestransversais

Motorestransversais

PROPULSO ELCTRICACatCatlogos comerciaislogos comerciais